焊接参数及结构对6061铝合金TIG及FSSW接头组织与力学性能影响

摘要

本文以6061-T6变形铝合金为主要研究载体，采用微观组织表征、物相鉴定、显微硬度分析、拉伸测试等材料分析手段，通过改变焊接参数以及焊后人工时效处理，系统研究了交流钨极氩弧焊和交流脉冲钨极氩弧焊焊接接头组织与力学性能演变规律。此外，通过改变搭接结构和预热处理，系统对比探讨了各种配置下铝、镁合金搅拌摩擦点焊焊接接头成形特点、微观组织演变规律和拉伸剪切强度。基于实验基础，结合理论分析，得出以下结论：
　　研究不同线能量及焊后时效处理对6061-T6铝合金钨极氩弧焊焊接接头组织和力学性能影响。结果表明：随线能量增加，热影响区宽度从315μm逐渐增加至690μm，熔合区晶粒大小从43μm增加到51μm，焊后人工时效处理对焊缝晶粒大小影响不大。熔合区硬度值低于热影响区和母材，热影响区硬度值随线能量增加而降低，熔合区的硬度值随线能量的增加先降低在热输入为252J/mm时达到最小值（67HV）此后出现一定程度回升，焊后时效处理明显改善焊接接头硬度。线能量较低时焊接接头容易出现焊不透和气孔等缺陷，降低焊接接头极限抗拉强度，经焊后人工时效处理后，由于沉淀强化相的析出，接头强度明显增强。拉伸应力作用下，焊接接头断裂为韧性断裂。
　　研究脉冲频率对6061-T6铝合金脉冲填丝钨极氩弧焊焊接头宏观形貌、微观组织和力学性能的影响。结果表明：低脉冲频率时（10Hz或20Hz），焊缝成形较差，表面出现少量氧化物、夹渣等焊接缺陷。较高脉冲频率时（40Hz），焊缝成形完整，呈现典型鱼鳞状特征。过高脉冲频率（50Hz）下焊缝宽度增加，焊缝成形能力减弱，鱼鳞状特征不明显同时焊缝表面出现轻微氧化现象。熔合区晶粒随脉冲频率增加先减小，在40Hz时达到最小值（25.4μm）后逐渐增大。热影响区在低频或高频时第二相析出较多并出现聚集长大现象。焊缝横截面硬度值呈母材>熔合区>热影响区关系分布，熔合区和热影响区硬度值随脉冲频率增加先增加并在40Hz时达到最大值。焊接接头抗拉强度演变规律相似，在40Hz时达到最大值255MPa。母材为韧性断裂，焊接接头为韧-脆混合断裂。
　　研究预热处理及搭接结构对铝、镁合金搅拌摩擦点焊焊接接头组织与剪切强度的影响。结果表明：对同种母材进行搅拌摩擦点焊可获得无明显缺陷焊接接头，对异种母材进行焊接时出现两种截然不同横截面连接特征，当AZ31镁合金作为上板时，两板分界面被搅拌针切断，部分下板材料与上板材料混合后沿搅拌针外围流向上板，形成焊核区。当6061-T6铝合金作为上板时，搅拌针未能压入下板材料，上下板分界线清晰可见并沿顶端压力方向发生弯曲。Mg-Al焊接接头中，共晶反应主要发生在被卷起的混合材料中，少量金属间化合物Al12Mg17以局部熔化方式生成。Al-Mg焊接接头中，共晶反应以组分液化方式在轴肩下方两板接触面之间发生，共晶组织由岛状（Al12Mg17）和层状（Al12Mg17+α-Mg）相组成。较高预热温度有利于促进Al-Al、Mg-Mg和Mg-Al焊接接头拉伸剪切强度提高，然而对Al-Mg焊接接头，较高预热温度促进共晶反应进行，形成较厚共晶反应层，恶化接头拉伸剪切强度。紧密结合焊核容易诱发焊核剥离断裂，由搅拌不充分形成的不完整焊核容易导致焊核剪切断裂，Al-Mg焊接接头因未能形成焊核最终在剪切应力作用下沿结合面分离。

目录

封面

中文摘要

英文摘要

目录

1 绪 论

1.1选题背景及意义

1.2 铝及铝合金概述

1.3 铝合金的焊接

1.4 本文的主要研究内容

2 实验方案

2.1 实验材料及焊接设备

2.2 焊接方案及参数

2.3 实验方法

3 线能量变化及焊后时效处理对6061-T6铝合金TIG焊接接头组织和力学性能影响

3.1 引言

3.2 线能量变化及焊后时效处理对 6061-T6 铝合金微观组织的影响

3.3 线能量变化及焊后时效处理对 6061-T6 铝合金力学性能的影响

3.4 本章小结

4 脉冲频率对6061-T6铝合金脉冲TIG焊接接头组织和力学性能影响

4.1 引言

4.2 脉冲频率对6061-T6铝合金TIG焊接接头组织的影响

4.3 脉冲频率对6061-T6铝合金TIG焊接接头力学性能的影响

4.4 本章小结

5 预热处理及搭接结构对6061-T6铝合金搅拌摩擦点焊焊接接头组织和力学性能影响

5.1 引言

5.2 预热处理及搭接结构对6061-T6铝合金FSSW焊接接头组织影响

5.3 预热处理及搭接结构对6061-T6铝合金FSSW焊接接头拉伸剪切强度影响

5.4 本章小结

6 全文结论

致谢

参考文献

附 录