鋁-銅異種材料的攪拌摩擦焊工藝研究.pdf

1、攪拌摩擦焊作為一種新型的固相連接技術(shù)，能夠有效避免熔焊過程中產(chǎn)生的熱裂紋、氣孔等冶金缺陷。鋁/銅異種材料的物化性能存在較大差異，導致其攪拌摩擦焊接頭成形質(zhì)量差、易生成硬脆的鋁銅金屬間化合物相。本課題主要針對4mm厚的5A06鋁合金和T2紫銅異種材料攪拌摩擦焊工藝進行了研究。
　　 首先對攪拌頭進行優(yōu)化設(shè)計。其設(shè)計結(jié)果為：攪拌頭的工具鋼材料進行表面滲氮處理；攪拌軸肩為內(nèi)凹形，尺寸為Φ20mm；攪拌針為無螺紋圓臺形，根部為Φ6mm，

2、上部為Φ4.2mm，攪拌針長度為3.7mm。經(jīng)優(yōu)化設(shè)計后的攪拌頭可以成功實現(xiàn)鋁/銅異種材料的攪拌摩擦焊連接。
　　 考慮到異種材料攪拌摩擦焊工藝的特殊性，重點研究攪拌針扎入位置相對與焊縫配合面的偏移量以及母材的放置位置對鋁/銅異種金屬攪拌摩擦焊對接接頭組織性能的影響，并深入分析對接接頭的宏觀形貌、微觀組織、顯微硬度及抗拉強度等。工藝試驗結(jié)果表明：焊接過程中，熔點較高的T2紫銅試板放置在返回側(cè)，5A06鋁合金試板放置在前進側(cè)，攪拌

3、針扎入位置相對于焊縫配合面偏向鋁合金一側(cè)的距離為0.2~1.0mm，可以得到外觀成形美觀且焊縫內(nèi)部無缺陷的優(yōu)質(zhì)接頭。焊縫上層出現(xiàn)紊亂混合區(qū)，中間層呈現(xiàn)鋁、銅層迭狀混合態(tài)，焊核底部出現(xiàn)典型“洋蔥環(huán)”形貌。當銅板置于返回側(cè)時，接頭抗拉強度的平均值高于銅板置于前進側(cè)，其最大抗拉強度可達236MPa，為紫銅母材的79.8%。試樣拉伸斷口呈現(xiàn)四種特殊形貌，當銅板放置在返回側(cè)時，斷面光滑且與拉伸方向呈45度夾角或是斷面呈鋁/銅交替層狀形貌。斷裂位置

4、多位于前進側(cè)熱影響區(qū)或焊核區(qū)，斷口SEM微觀形貌多呈塑性韌窩狀。接頭XRD物相分析及EDS成分分析的結(jié)果表明，焊縫區(qū)主要形成Al2Cu、AlCu金屬間化合物，致使焊核區(qū)硬度值波動較大。
　　 通過對焊縫“洋蔥環(huán)”特征進行分析，進一步研究攪拌摩擦焊接頭的產(chǎn)熱機制及成形機理，認為在合適的工藝參數(shù)下得到的接頭焊核區(qū)中，鋁/銅分界線明顯，在焊核區(qū)底部可以清晰地觀察到“洋蔥環(huán)”區(qū)域中呈現(xiàn)的塑性金屬流動軌跡。焊核區(qū)組織經(jīng)歷了回復再結(jié)晶過程，