鋁銅攪拌摩擦焊搭接接頭的組織性能及金屬遷移行為研究.pdf

1、1060鋁合金和T2紫銅以其良好的物理力學(xué)性能而被廣泛應(yīng)用于工業(yè)領(lǐng)域，鋁-銅異種金屬的連接也是國內(nèi)外研究的熱點(diǎn)之一。攪拌摩擦焊作為一種金屬固相連接方法，常用于連接鋁、鎂、銅等有色金屬。鋁銅異種金屬攪拌摩擦搭接焊工藝目前尚處于實(shí)驗(yàn)研究階段，對鋁銅異種金屬搭接接頭中金屬遷移行為的研究報(bào)道還不多。研究并創(chuàng)新鋁銅攪拌摩擦焊搭接工藝，對于1060鋁合金和T2紫銅應(yīng)用的推廣具有基礎(chǔ)意義，研究接頭金屬流動行為對提高接頭性能具有指導(dǎo)意義。
　　本

2、文采用攪拌摩擦焊工藝對厚度6mm的1060鋁合金板材和2mm的T2紫銅板材進(jìn)行搭接試驗(yàn)，其中采用銅鋁板材進(jìn)行第一次搭接形成Ⅰ次焊縫，在鋁-銅雙層接頭基礎(chǔ)上進(jìn)行第二次焊接，形成銅-鋁-銅三層接頭，第二次搭接的焊縫稱為Ⅱ次焊縫。通過改變焊接工藝參數(shù)、搭接材料組合以及攪拌針的長度，研究鋁銅搭接接頭的組織形貌、力學(xué)性能和金屬流動行為。
　　研究發(fā)現(xiàn)：攪拌頭旋轉(zhuǎn)速率n=800rpm，焊接速度v=90mm/min參數(shù)下得到表面成形良好的焊縫；

3、n=1100rpm，v=80mm/min時(shí)，焊縫剪切強(qiáng)度達(dá)到鋁母材抗剪強(qiáng)度的96.5％，銅母材的43.4%。焊縫中發(fā)生共晶反應(yīng)生成金屬間化合物CuAl2和Cu9Al4。在銅-鋁-銅三層接頭中，二次焊接擴(kuò)大了接頭中高硬度組織的區(qū)域，提高了硬度峰值。Ⅱ次焊縫宏觀缺陷比Ⅰ次焊縫多，抗剪強(qiáng)度普遍低于Ⅰ次焊縫。材料厚度一定時(shí)，攪拌針越長，焊縫成形性和接頭強(qiáng)度越差。
　　對搭接接頭試樣的橫截面、縱截面、軸肩摩擦平面和鋁銅界面平面進(jìn)行金屬流動行

4、為分析發(fā)現(xiàn)，在焊縫厚度方向塑性金屬遷移分為三個(gè)區(qū)域：軸肩擾動區(qū)金屬做水平圓周運(yùn)動，紊流區(qū)金屬發(fā)生垂直方向的對流運(yùn)動，攪拌區(qū)金屬發(fā)生橢圓形環(huán)流。在軸肩摩擦平面，塑性金屬一方面在前進(jìn)側(cè)沿徑向遷移，一方面受軸肩推動向焊接方向遷移。在鋁銅界面平面，大量的鋁銅相互遷移形成混合組織，混合組織發(fā)生短距離的徑向遷移。二次焊接使焊縫截面紊流區(qū)混合組織減少，使鋁銅界面平面金屬徑向遷移距離變小，遷移至母材中的顆粒狀銅增多。在焊縫截面，攪拌針越長上層金屬向下遷