高强铝合金搅拌摩擦焊焊接接头疲劳性能研究

摘要

7A09 铝合金是Al-Zn-Mg-Cu 系可热处理强化铝合金，具有强度高、热加工性能好等优点，是国防军工和国民经济中有着重大战略意义的新材料。但是，采用熔焊技术对其进行焊接时，容易产生气孔、热裂纹等缺陷，大大降低了焊接接头的疲劳性能。为了将高强铝合金用于航天航空焊接构件的制造，本课题研究了7A09 铝合金T6 态、M 态与PWHT 态搅拌摩擦焊接头的疲劳性能，观察了接头显微组织、测量了焊缝横截面上的显微硬度分布，并研究了7A09 铝合金FSW接头疲劳断裂特征。 7A09-T6 铝合金FSW 接头沿焊缝横截面显微硬度呈“高—低—较高—低—高”的W 形分布趋势，两侧母材硬度最高，热力影响区和热影响区的硬度值都较母材低，焊核硬度值较高，硬度最低值在前进边的热影响区，软化较严重。在同种工艺规范参数下，M 态7A09 铝合金FSW 对接接头的显微硬度分布呈低-高-低的分布趋势，PWHT 态7A09 铝合金FSW 对接接头横截面显微硬度相比，PWHT 态显微硬度较高，且接头的各区域硬度值变化不大，平均分布在200HV左右。 7A09-T6 态铝合金搅拌摩擦焊接头疲劳裂纹起裂于焊缝底部，断裂于焊缝前进边热力影响区与焊核交界处。当n/v=20r/mm 时，疲劳辉纹较细密，呈脊骨状；n/v=25r/mm 时疲劳辉纹较n/v=15.79r/mm 时疲劳辉纹扁平宽大。通过对疲劳寿命进行线性拟合分析得出: 当应力幅值大于160MPa，n/v=25r/mm 时，试样具有较高的疲劳强度；当应力幅值小于160MPa，n/v=20r/mm 时，试样具有较高的疲劳强度。M 态7A09 铝合金FSW 接头疲劳断裂位置主要位于母材，疲劳强度高于焊后热处理(PWHT)态7A09 铝合金FSW 焊接试样；PHWT 态7A09 铝合金FSW接头疲劳裂纹起裂于焊缝底部，断裂于返回边热力影响区（沿包铝层）处，断口平滑，没有明显的塑性变形的痕迹，由于包铝层在焊缝内部产生沟状缺陷的影响，降低了FSW 接头疲劳性能。