叠层复合装甲铝合金7B52搅拌摩擦焊接研究

摘要

铝合金叠层复合材料(ALC)是由两种或两种以上的不同铝合金通过轧制、铸造等工艺，在界面上实现冶金结合而制成。与传统铝合金相比，这种铝合金叠层复合材料在强度、韧性和抗冲击性等方面都具有优势。但采用熔化焊时，铝合金叠层复合材料和传统铝合金一样，容易出现气孔、裂纹等缺陷，并产生较大残余应力和残余变形。搅拌摩擦焊可以有效避免熔化焊产生的许多缺陷，但对铝合金叠层复合材料的搅拌摩擦焊研究刚刚起步。 本论文分别对12mm厚与16mm厚的7B52铝合金叠层复合材料进行搅拌摩擦焊对接试验。对实验后得到的焊接接头，采用光学显微镜和扫描电镜对其显微组织和叠层结构进行研究，以此为基础探究焊接过程中的材料流动。通过试验分析搅拌摩擦焊接头的拉伸性能、抗冲击性能和显微维氏硬度，并分析拉伸与冲击试验断口以探究搅拌摩擦焊对7B52铝合金叠层复合材料断裂机制的影响。 试验通过探究合理的焊接工艺参数，获得了无缺陷的焊缝，12mm厚板材焊接接头抗拉强度达到母材的70.5％，，最大硬度值超过母材的90％，冲击吸收功比母材高41.1％。16mm厚板材焊接接头抗拉强度达到母材的68.6％。本研究证明了搅拌摩擦焊是焊接铝合金叠层复合材料的一种有效方法。 在焊核区的前进侧观察到特殊的鳞片状形貌。经过分析得出鳞片的形状是由搅拌摩擦焊典型的洋葱环形貌和材料横向流动产生的条状形貌相互叠加产生的。通过分析焊缝的显微组织，对洋葱环的形成提出了新的猜想，并提出新的材料流动理论。 焊缝前进侧焊核区的第二层与第三层之间的区域处，第二层母材、第三层母材和层间材料交替分布，形成无数个界面。这是焊缝中强度最低的位置。拉伸试验的裂纹在这里萌生。焊接改善了母材的显微组织，大大提高了7B52叠层复合材料的冲击韧性。这对这种结构材料的应用具有非常显著的意义。

目录

声明

摘要

1绪论

1．1引言

1．2搅拌摩擦焊接概述

1．2．1搅拌摩擦焊原理

1．2．2搅拌摩擦焊的特点

1．2．3搅拌摩擦焊的应用

1．3铝合金叠层复合材料的特点及研究

1．3．1 7xxx系铝合金焊接接头研究

1．3．2 7A52铝合金搅拌摩擦焊接研究

1．3．3金属叠层复合材料研究现状及应用

1．3．4 7B52铝合金叠层复合材料的研究

1．4本课题的研究意义及主要内容

1．4．1本课题的研究意义

1．4．2主要研究内容

1．4．3技术路线

2实验材料、设备和方法

2．1实验材料

2．2实验设备

2．3实验夹具设计

2．4实验方法

2．4．1焊接工艺实验

2．4．2金相组织分析实验

2．4．3成分分析实验

2．4．4硬度测试试验

2．4．5拉伸性能试验

2．4．6冲击性能试验

2．4．7断口分析试验

3搅拌摩擦焊接工艺探究

3．1 12mm三层7B52铝合金叠层复合材料焊接工艺实验

3．1．1搅拌头旋转速度对焊缝成形的影响

3．1．2焊接速度对焊缝成形的影响

3．1．3搅拌头下压量对焊缝成形的影响

3．1．4 APR对焊缝成形的影响

3．1．5最佳工艺参数

3．2 16mm双层7B52铝合金叠层复合材料焊接工艺实验

3．2．1工艺参数分析

3．2．2最佳工艺参数

3．3本章小结

4搅拌摩擦焊接接头显微组织与材料流动分析

4．1母材组织

4．2焊缝宏观和微观组织

4．2．1焊核区

4．2．2热机影响区

4．2．3热影响区

4．3合金元素成分的变化

4．3．1母材中的合金元素成分

4．3．2焊缝中各区域的合金元素成分

4．4鳞片状形貌的成因

4．5金属流动分析

4．6搅拌摩擦焊对叠层结构的影响

4．7本章小结

5搅拌摩擦焊接接头力学性能分析

5．1拉伸性能

5．1．1 12mm三层7B52铝合金叠层复合材料焊接接头拉伸性能

5．1．2 16mm双层7B52铝合金叠层复合材料焊接接头拉伸性能

5．2冲击性能

5．3显微维氏硬度

5．4本章小结

6搅拌摩擦焊对叠层材料断裂机制的影响

6．1拉伸断裂机制分析

6．1．2 7B52铝合金叠层复合材料搅拌摩擦焊接接头拉伸断裂机制分析

6．2冲击断裂机制分析

6．2．2 7B52铝合金叠层复合材料搅拌摩擦焊接接头冲击断裂机制分析

6．3本章小结

7结论

致谢

参考文献

附录