2219铝合金搅拌摩擦焊搭接工艺及接头性能研究

摘要

搅拌摩擦搭接焊作为一种新型固态连接技术，与铆接相比，它显著降低结构件重量、减少装配周期、避免铆接处成为裂纹源；与电阻点焊相比，接头组织致密、无气孔、低变形。
　　本文对3mm厚的2219铝合金进行搅拌摩擦搭接焊，设计四种搅拌工具，根据搅拌针对焊缝金属作用力，认识迁移界面形成过程。研究了焊接工艺对迁移界面和力学性能的影响，结果表明：旋转速度较小时，焊缝出现隧道型缺陷；随旋转速度增加，界面垂直迁移量和有效搭接宽度都增大；如果旋转速度过大，界面垂直迁移量和有效搭接宽度均减小。在相同焊接参数下，三角形搅拌针所焊焊缝界面垂直迁移量最小，接头强度最高为201.2MPa，裂纹首先在迁移界面形核、扩展，为脆性断裂，之后进入热机影响区/焊核区，表现塑性断裂。圆柱螺纹搅拌针双道焊时，焊缝一侧迁移界面向上，另一侧迁移界面向下，避免承载侧有效承载板厚减薄，抗载能力增强，强度系数为79.5％。双道焊接头的维氏硬度分布与单道焊相似，都呈“W”型，但焊核区更大、热影响区更宽。
　　通过对焊后热处理接头组织及性能分析发现：随时效温度升高，弥散分布的沉淀相越来越多，接头硬度升高、强度增大；硬度分布规律呈“盆”型；当保温温度200℃、时间18h，沉淀相聚集长大，维氏硬度和拉伸强度都下降，SEM断口呈小韧窝且分布大量撕裂棱。

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图表清单

第一章 绪论

1.1 选题依据及意义

1.2 搅拌摩擦焊工艺特点

1.3 搅拌摩擦焊搭接界面迁移的研究

1.4 影响2系铝合金FSW搭接接头力学性能的主要因素

1.5搅拌摩擦搭接焊的应用

1.6本文研究的主要内容

第二章 试验材料、设备及方法

2.1 试验材料

2.2 焊接设备

2.3 搭接焊工艺

2.4 金相制备

2.5 搭接接头力学性能测试

第三章 搅拌针形状对迁移界面形成规律的认识

3.1搅拌头的设计

3.2 搅拌头对搭接界面迁移的作用力

3.3 本章小结

第四章 焊接规范对焊缝组织及迁移界面形态的影响

4.1 搅拌摩擦搭接焊缝的迁移界面

4.2搅拌针形貌及旋转速度对迁移界面形态的影响

4.3 铝合金FSW搭接焊缝显微组织分析

4.4 本章小结

第五章 铝合金FSW搭接接头的力学性能研究

5.1 搅拌针形状对FSW单道焊搭接头拉剪强度的影响

5.2 铝合金FSW搭接焊缝的维氏硬度分析

5.3 本章小结

第六章 焊后热处理对FSW搭接焊缝组织及力学性能的影响

6.1 焊后热处理对FSW搭接接头组织的影响

6.2 焊后热处理对FSW搭接接头力学性能的影响

6.3 本章小结

第七章 结论与展望

参考文献

致谢

攻读学位期间发表的学术论文