鋁合金攪拌摩擦焊接接頭組織及疲勞斷裂行為研究.pdf

1、鋁合金等輕量化材料已被廣泛應(yīng)用于航空和航天制造領(lǐng)域,由于產(chǎn)品的特殊性,對其焊后接頭的疲勞性能有著很高的要求。攪拌摩擦焊(FSW)是一種新型的固相連接技術(shù),在焊接鋁合金、特別是硬鋁合金方面有著巨大的技術(shù)優(yōu)勢。目前盡管國內(nèi)外學(xué)者已對鋁合金FSW工藝參數(shù)、組織結(jié)構(gòu)、焊接缺陷等方面進(jìn)行了許多研究,但對疲勞性能的研究相對較少,因此加強(qiáng)對鋁合金疲勞行為的研究,對于推廣FSW技術(shù)顯得尤為迫切。
　　 本文以2024-T4、5A06-TH112

2、、6061-T6以及7075-T6鋁合金為研究對象,采用試驗(yàn)方法對其攪拌摩擦焊接接頭的疲勞斷裂行為、微觀組織、接頭形式、焊接缺陷及疲勞載荷的影響進(jìn)行了詳細(xì)研究。疲勞試驗(yàn)結(jié)果表明,鋁合金搭接接頭疲勞斷裂位置位于搭接面鉤狀缺陷處,對接接頭疲勞斷裂則發(fā)生在焊縫根部中心位置:鋁合金搭接和對接接頭對應(yīng)于應(yīng)力比0.5時疲勞性能均優(yōu)于對應(yīng)于0.1時的疲勞性能,且材料強(qiáng)度越高時,應(yīng)力比的影響也更明顯。搭接接頭對應(yīng)于N=2×106的疲勞強(qiáng)度特征值為17.

3、94MPa,而對接接頭所對應(yīng)的特征值則為100.63MPa,對接接頭的疲勞性能明顯好于搭接接頭。在短壽命區(qū),母材塑性較好的鋁合金具有更好的疲勞性能；而在長壽區(qū),母材對接頭疲勞性能的影響不明顯；焊接缺陷對接頭疲勞性能的影響顯著。
　　 金相試驗(yàn)發(fā)現(xiàn),FSW對接和搭接接頭均可分為四個區(qū)域,即焊核區(qū)、熱機(jī)影響區(qū)、熱影響區(qū)以及母材區(qū)。焊核區(qū)組織為均勻、細(xì)小的等軸晶粒,熱機(jī)影響區(qū)的晶粒因受到攪拌作用發(fā)生了較大的變形,熱影響區(qū)晶粒粗大；但由

4、于接頭型式和形成焊縫的方式不同,對接和搭界焊縫的不同區(qū)域具有明顯的特征；對接接頭由于焊縫根部的特殊性,有可能產(chǎn)生特殊的根部缺陷,依賴于鋁合金的類型:而搭接接頭在焊縫搭接面處存在較為嚴(yán)重的“鉤狀”或弱連接缺陷,部分對接接頭在根部則存在未焊透缺陷,這些缺陷在接頭處產(chǎn)生了嚴(yán)重的應(yīng)力集中,降低了接頭的疲勞性能。
　　 顯微硬度試驗(yàn)表明,采用搭接形式的2024、5A06以及6061鋁合金接頭上板硬度均呈“W”型分布,硬度最小值出現(xiàn)在焊接熱