铝合金搅拌摩擦焊焊缝中S曲线的研究

摘要

铝合金搅拌摩擦焊过程中，当焊接规范参数选取不当时，搅拌摩擦焊接头中会出现一种S形状的缺陷，影响了铝合金搅拌摩擦焊接头在航空航天、汽车、船舶等工业领域的推广及应用。本课题以铝合金为试验材料，分别采用圆柱光面、圆柱右螺纹、圆柱左螺纹搅拌头进行工艺试验，分析S曲线的形成规律；用扫描电镜对S曲线进行观察，总结出铝合金中S曲线的显微结构；通过对比有、无S曲线试样的接头力学试验结果，分析S曲线如何影响接头性能，为铝合金接头中的S曲线的应用提供理论依据。
　　通过对比平铺焊、铣去和不铣去对接面氧化膜后所焊焊缝横截面宏观形貌，发现去除对接面氧化膜后，焊缝中不会出现S曲线。通过SEM观察发现S曲线由黑色连续的细线组成，能谱分析其主要成分是氧和铝，因此确定S曲线来源于对接面氧化膜。
　　圆柱光面搅拌头焊接时，焊缝中的塑化金属以层流为主，对接面上的氧化膜受轴肩和搅拌针的旋转摩擦作用；圆柱右螺纹搅拌头焊接时，对接面上的氧化膜受焊缝上部轴肩的旋转运动、搅拌针与原焊接面之间的相互作用以及焊缝上部金属朝远离焊缝中心线的方向的综合作用。
　　圆柱光面搅拌头焊接时，当焊接速度一定，增大搅拌头旋转速度，S曲线向前进边水平方向延伸的距离增大；当搅拌头旋转速度一定，增大焊接速度，S曲线向前进边方向水平延伸的距离减小。圆柱右螺纹搅拌头焊接时，当焊接速度一定，增大搅拌头旋转速度，S曲线向下延伸的角度减小；当搅拌头旋转速度一定，增大焊接速度，S曲线向下延伸的的角度增大。
　　含有S曲线的拉伸试样都沿焊缝中的S曲线断裂，断口呈S状，不含有S曲线的拉伸试样断口呈450断裂。弯曲试验时，含有S曲线的正弯试样最大不超过1600启裂，没有S曲线的正弯试样不启裂；含有S曲线的背弯试样最大不超过1500启裂，没有S曲线的试样背弯时不启裂。疲劳试验时，含有S曲线的试样沿焊缝中的S曲线断裂，疲劳寿命短，断口呈S状；没有S曲线的试样断裂方式为正断，疲劳寿命长。

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第一章 绪论

第二章 试验条件及方法

第三章 LF6铝合金FSW焊缝中S曲线形成规律

第四章 铝合金FSW焊缝中S曲线形貌的研究

第五章 搅拌摩焊焊缝中S曲线对接头性能的影响

第六章 结论

参考文献

致谢

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