异种金属搅拌摩擦点焊动态性能研究

摘要

本文采用针回抽技术成功实现了1mm的DP600镀锌钢板和2mm的AA6082-T6铝合金无匙孔 FSSW 接头的焊接，并消除原有匙孔。采用热电偶、OM、SEM、EDS和XRD 研究点焊接头的温度场、微观组织形貌、流场、界面行为、元素扩散、金属间化合物和断口形貌，并研究点焊接头动态性能，包括腐蚀性能、拉剪性能、冲击性能和动态疲劳性能。对其在动态条件下的结构损伤过程和失效行为规律进行分析，研究动态条件下的失效机理并建立断裂失效模型。 在 FSSW 过程中，温度场曲线变化与焊接过程完全吻合，轴肩外围峰值温度达到500℃左右。点焊接头 WNZ 形成云团状混沌结构，组织晶粒细小，其晶粒尺寸从原始母材的50μm减小到小于1μm。TMAZ有拉长的织构，织构层厚度约为0.2mm，而HAZ组织相比于BM有稍微变大。铝/钢界面形成不均匀过渡层，厚度约为30μm。 点焊接头在模拟海水中具有较好的耐蚀性，腐蚀特征主要表现为在铝合金表面上的剥蚀和点蚀。点焊接头各区域的耐蚀性顺序（以降低顺序排列）为WNZ>TMAZ>BM>HAZ。Mg2Si和含硅固溶体α(Al)的Mg和Al元素优先形成阳极溶解反应，造成 Si 元素周围的剥蚀。富铁 θ(Al3Fe)相作为阴极，致使周围作为阳极的富镁β(Al3Mg2)相的Mg元素腐蚀，形成点蚀。 焊接参数为 1000rpm 的点焊试样具有最优的抗拉强度和冲击韧性，分别达到 9kN和42J。就拉剪性能来说，点焊接头具有典型的单调载荷-位移响应曲线，特别是断裂失效阶段具有明显的突变转折断裂失效特征。就冲击性能来说，一定程度上，最大冲击变形量直接反映后期裂纹扩展功，它明显影响冲击韧性。裂纹扩展功越大，裂纹扩展路径越长，冲击变形量越大，冲击韧性越好，反之亦然。 点焊接头的动态疲劳性能表现出一系列特殊现象，高频疲劳载荷会提升点焊接头试样的位移变形量和 u和疲劳断裂吸收功 Ea，非对称疲劳载荷比对称疲劳载荷的点焊接头变形量u和疲劳断裂吸收功Ea大。同时对称疲劳载荷可以形成稳态滞后环，而非对称疲劳载荷形成疲劳软化的位移增量。而且当加载频率一定时，点焊接头对称载荷的疲劳极限F-1小于非对称载荷的疲劳极限Ff，而当应力比R一定时，高频载荷的疲劳极限FfH与低频载荷的疲劳极限FfL几乎一致，其差别只是趋于疲劳极限 Ff快慢程度不同而已。由此可见加载方式，即应力比R决定疲劳极限 ，而疲劳极限Ff对加载频率不太敏感。 点焊接头按焊接过程和断口形貌可以分为STZ、SAZ、NAZ和NWZ四个区域。拉伸、冲击和疲劳断口断裂方式一致，均是裂纹从间隙处开裂，并沿界面扩展到STZ。由于STZ内部存在结构缺陷和脆性相，最终形成多发性裂纹源-韧脆混合型断裂机制。

目录

声明

第1章 绪 论

1.1 选题背景及意义

1.2 搅拌摩擦点焊研究现状

1.3 研究目标及内容

第2章 试验材料、设备及方法

2.1 试验材料

2.2 试验设备与方法

第3章 搅拌摩擦点焊接头的微观形貌与界面行为

3.1 搅拌摩擦点焊过程中的焊接温度曲线

3.2 搅拌摩擦点焊接头的组织结构

3.3 搅拌摩擦点焊接头的界面行为

3.5 本章小结

第4章 搅拌摩擦点焊接头的腐蚀行为

4.1 搅拌摩擦点焊接头的浸泡实验

4.2 搅拌摩擦点焊接头的电化学实验

4.3 本章小结

第5章 搅拌摩擦点焊接头的冲击性能

5.1 不同焊接参数下的冲击功

5.2 不同焊接参数下的冲击载荷-位移曲线

5.3 搅拌摩擦点焊接头的冲击断口

5.4 本章小结

第6章 搅拌摩擦点焊接头的拉剪性能

6.1 不同焊接参数下的拉剪载荷-位移曲线

6.2 搅拌摩擦点焊接头的拉剪断口

6.3 本章小结

第7章 搅拌摩擦点焊接头的动态疲劳性能

7.1 不同疲劳载荷下的滞后环

7.2 不同疲劳载荷下的疲劳F-N曲线

7.3 搅拌摩擦点焊接头的疲劳断口

7.4 搅拌摩擦点焊接头的流场与断裂失效分析

7.5 本章小结

结论

参考文献

致谢

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