镁合金——钢无匙孔搅拌摩擦点焊机理研究

摘要

提高汽车竞争力的三个关键词即为:安全、节能、环保。轻量化受到人们越来越多的关注，成为汽车技术发展的新趋势。镁合金以其低密度和高比强度、高比刚度、可回收再利用等特点成为人们关注的焦点。但是镁合金材料的焊接性能较差，镁合金构件之间，以及镁合金与其他材料构件之间都很难实现可靠连接，这成为镁合金在工业应用中急待解决的关键技术之一。
　　 本文采用无针式搅拌头，对1mm厚的AZ31镁合金和1mm厚的DP600镀锌钢板进行搭接试验。通过镁合金与钢异种金属进行摩擦点焊实验，对接头的显微组织、力学性能及焊点断裂方式进行分析。
　　 镁合金—钢搭接试验表明:(1)利用无针式搅拌头可获得表面成形良好，无明显缺陷的点焊接头;(2)在轴肩直径为15mm，轴肩下压量为0.2mm，焊接时间为5s，搅拌头旋转速度为1500r/min工艺参数下，焊点最大剪切力达到4.85KN。
　　 镁合金—钢点焊接头的显微组织及力学性能分析结果表明:(1)焊点接头的焊缝两侧金属在摩擦热和力的作用下发生动态再结晶成为细小的等轴晶，镁合金微区微观组织由白色的α-Mg和黑色的β-Mg17Al12两相构成，搅拌头转速1800rpm时，镁合金微区发生过烧现象;(2)摩擦点焊接头的剪切强度随搅拌头旋转速度的增加先增大后减小，当旋转速度为1500r/min时达到最大值，为4.85KN;(3)镁合金与钢中主要元素之间在点焊接头中发生了扩散行为，接头中除了生成Fe、Al元素的金属间化合物外，还存在Mg、Zn元素及Mg、Al元素形成的金属间化合物以及氧化物;(4)镁合金与钢镀锌层生成新相Mg0.97Zn0.03，焊点呈结合面断裂，微观上表现为解理断裂，宏观上表现为脆性断裂，裂纹在焊核的胞状树枝晶区产生，沿结合面迅速扩展，直至完全拉断;(5)无匙孔搅拌摩擦点焊接头的连接方式是元素扩散与机械力作用的结合。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 引言

1．2 搅拌摩擦焊原理及特点

1．3 搅拌摩擦点焊原理及分类

1．3．1 直插式FSSW

1．3．2 填充式FSSW

1．3．3 回填式FSSW

1．3．4 摆动式FSSW

1．3．5 无针插入式FSSW

1．4 镁及镁合金的特点

1．5 镁及镁合金的焊接特点

1．6 DP600钢的性能及应用

1．7 异种金属材料的焊接

1．7．1 异种金属材料的焊接特点

1．7．2 异种金属的焊接性

1．8 国内外研究现状

1．9 本论文的研究目的、内容及意义

1．9．1 研究目的

1．9．2 研究内容及意义

1．9．3 课题的创新点

第二章 实验材料、设备及方法

2．1 实验材料

2．2 实验设备

2．3 试验用搅拌摩擦头

2．4 焊接工艺

2．4．1 实验方法

2．4．2 焊前准备

2．4．3 工艺参数的确定

2．4．4 焊接接头的检测方法

第三章 正交试验分析及设计

3．1 正交试验设计

3．2 正交试验结果及分析

3．3 正交试验优化

3．4 本章小结

第四章 焊接接头显微组织分析

4．1 接头外观形貌

4．2 焊缝微观组织分析

4．3 搅拌头旋转速度对焊缝组织的影响

4．4 焊接接头X射线衍射结果分析

4．5 焊接接头扩散性分析

4．6 本章小结

第五章 焊接接头力学性能及断口分析

5．1 搅拌头旋转速度对抗拉强度的影响

5．2 焊接接头显微硬度结果分析

5．3 接头拉伸断裂宏观及断口组织分析

5．4 本章小结

结论

参考文献

致谢

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