6061-T6铝合金T型接头搅拌摩擦焊焊接工艺及组织性能研究

摘要

本文对6061-T6铝合金采用搅拌摩擦焊技术，分别在不同焊接工艺参数条件下进行了焊接试验。并通过改变搅拌针形状，设计并引入超声振动辅助搅拌摩擦焊系统进行了进一步研究。详细研究了焊接工艺参数对隧道缺陷，结合线缺陷等常见缺陷的影响因素，并对不同参数条件下铝合金T型接头搅拌摩擦焊接头宏观成形，微观组织，力学性能等进行了分析比较。为后续试验提供基础性数据。
　　在本试验采取的焊接工艺参数内，采用铝合金T型搅拌摩擦焊可以获得宏观成形良好的焊接接头，且焊接变形极小。但若参数选择不合理时，当搅拌头转速固定为1500rpm时,焊接速度F≥160mm/min时将在焊缝出现沟槽缺陷，匙孔有孔洞等宏观缺陷。焊接速度对隧道缺陷的形成有着重要影响，试验在其他焊接工艺参数不变的条件下，将焊接速度从80mm/min分别增大到120mm/min，160mm/min，200mm/min，当焊接速度达到200mm/min时开始出现隧道缺陷，在各试验参数条件下都没有避免结合线缺陷的产生，结合线缺陷主要出现于焊核区与热机影响区的过渡区域，并且由于塑性变形偏离原始连接界面而向筋板或者壁板前进侧偏移。结合线缺陷是导致T型接头力学性能下降的重要因素。
　　就T型接头组合形式而言，对搭接T型接头焊后的接头力学性能要更差，对搭接T型接头沿筋板方向的抗拉强度仅为97.4MPa，比T型搭接接头降低13％。当圆角过渡区半径由3mm减至1mm，隧道缺陷消失，Z型线消失，筋板方向抗拉强度提高了14%，达到130MPa；在相同的焊接参数下，使用螺纹开槽的搅拌针焊接，沿壁板抗拉强度提高了31%，但沿筋板方向抗拉强度降低了10%；引入超声辅助搅拌摩擦焊的接头沿筋板方向抗拉强度提高了20%，但在这两点工艺方面的改进同样未能消除结合线缺陷，但是在接头宏观成形，力学性能和减小缺陷方面有所改善。
　　硬度结果表明，T型接头沿壁板方向的硬度大致呈“W”型分布，沿筋板方向大致呈增大——减小——增大的趋势。两者的最高硬度都出现在焊核区，最低硬度则出现在热机影响区附近区域。接头沿筋板方向拉伸断口形貌多显现为脆性断口特征，而沿壁板方向拉伸断口形貌较为多样，显微断口分析表明存在结合线缺线位置并未形成有效的冶金连接。

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第1章 绪论

1.1 课题研究背景及意义

1.2 铝合金T型接头搅拌摩擦焊技术国内外研究现状

1.3 本文研究的主要内容

第2章 试验材料、设备与方法

2.1 试验材料

2.2 试验方法与设备

第3章 焊接工艺参数对铝合金T型接头组织性能的影响

3.1 引言

3.2 焊接速度对T型接头组织性能的影响

3.3 搅拌头旋转速度对T型接头组织性能的影响

3.4 T型接头组合形式对T型接头组织性能的影响

3.5 圆角过渡区半径对T型接头组织性能的影响

3.6 本章小结

第4章 搅拌针形状对T型接头组织性能的影响

4.1 引言

4.2 接头成形情况对比分析

4.3 接头微观缺陷对比分析

4.4 接头机械性能对比分析

4.5 本章小结

第5章 超声辅助FSW焊接对T型接头性能的影响

5.1 引言

5.2 超声辅助FSW焊接系统设计

5.3 接头成形情况对比分析

5.4 接头微观缺陷对比分析

5.5 接头机械性能对比分析

5.6 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士期间发表的论文

致谢