铝合金搅拌摩擦焊搭接接头焊缝组织及性能研究

摘要

本文以铝合金(具体为3003、6061、7075铝合金)为研究对象，主要研究了这三种铝合金的搅拌摩擦搭接焊工艺参数与搭接接头焊缝组织和力学性能的相互影响规律，阐述了搅拌摩擦搭接焊工艺的基本原理、国内外的研究现状、优缺点、发展前景及影响其搭接焊接头质量的主要工艺参数(包括搅拌工具的旋转速度、焊接速度及搅拌头形状等的影响)。针对这三种铝合金进行了一系列试验研究，通过不断改变各种工艺参数，探讨不同参数对焊接过程的影响，摸索最佳的工艺参数变化范围，希望能够得到良好的焊缝成型和质量控制。
　　 试验结果表明：当焊接工艺参数选择合适时，可得到外形良好的搭接焊缝；如果工艺参数选择不当，则会出现沟槽、飞边和隧道型缺陷；试验发现即使在获得良好焊缝连接的情况下，搅拌摩擦焊搭接接头仍可能存在特有的焊接缺陷：板界面间的“钩状”缺陷(Hooking defects)，它的形成是由于搅拌过程中上下板材料在竖直方向上运动造成的；此外我们还发现沿搭接接头界面还出现了一种波浪状曲线焊接缺陷，这种缺陷形式在目前公开发表的研究文献中尚未见报道，经分析可能与对接接头中的“弱连接”缺陷类似。
　　 其次对焊接速度和搅拌头旋转速度对拉剪强度及焊缝区维氏硬度的影响进行了深入分析讨论。试验结果表明：对于3003和6061型号铝合金的搅拌摩擦焊的搭接接头，当旋转速度在1120rad/min时，可得到拉剪强度较高的接头，而且旋转速度和焊接速度的比值(n/v值)对3003型号接头的影响不够明显，但对6061型号接头的影响明显，且在n/v为7.9左右时，拉剪强度达到最大值。分析表明，上下板间的界面形态是影响搭接接头拉剪强度的最重要的因素，而良好的界面形态可以通过优化工艺参数得到。
　　 硬度实验表明，在搭接焊核区硬度较高，有的甚至超过母材，在上板前进侧的热影响区硬度达到最低值。拉剪断口分析表明，拉剪断裂一般发生在上板的前进侧和下板的中心，7075型号铝合金搭接接头的塑性断裂倾向不够明显，有轻微的塑性断裂特征。
　　 本课题通过一系列工艺试验证明，当选择合理工艺参数时，能够成功实现这三种铝合金的搅拌摩擦搭接焊连接，研究结果为后续的搅拌摩擦搭接焊工艺的优化提供了重要基础，具有重要的工程应用价值。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1选题背景及意义

1.2搅拌摩擦焊原理及特点

1.2.1搅拌摩擦焊原理

1.2.2搅拌摩擦焊常用术语

1.2.3搅拌摩擦焊的工艺特点

1.3搅拌摩擦搭接焊的发展状况

1.4搅拌摩擦搭接焊的工艺研究现状

1.4.1同种铝合金材料的搅拌摩擦搭接焊工艺

1.4.2异种材料的搅拌摩擦搭接焊工艺

1.5搅拌摩擦搭接焊中搅拌工具的研究

1.6本文研究的主要内容

第二章试验原理及方法

2.1试验材料

2.2试验设备

2.2.1焊接设备

2.2.2焊接夹具

2.3搅拌工具的设计与制备

2.4焊接工艺

2.5金相试验观察

2.6静载拉剪试验

2.7维氏硬度试验

2.8拉剪断口形貌观察

2.9本章小结

第三章铝合金FSW搭接接头的显微组织和缺陷分析

3.1铝合金FSW搭接接头的组织分析

3.1.1铝合金FSW搭接接头的宏观分析

3.1.2铝合金FSW搭接接头的显微组织分析

3.2铝合金FSW搭接接头的缺陷分析

3.2.1铝合金FSW搭接接头的表面缺陷分析

3.2.2铝合金FSW搭接接头的内部缺陷分析

3.3本章小结

第四章铝合金FSW搭接接头的性能研究

4.1静载拉剪试验

4.1.1当搅拌头旋转速度不变时，焊速与拉剪强度之间的关系

4.1.2旋转速度与焊速的比值n/v与拉剪强度之间的关系

4.1.3静载拉剪断裂位置

4.2维氏硬度试验结果分析

4.2.1 7075铝合金FSW搭接接头的维氏硬度分析

4.2.2 3003铝合金FSW搭接接头的维氏硬度分析

4.2.3 6061铝合金FSW搭接接头的维氏硬度分析

4.3拉剪断口形貌分析

4.3.1宏观断口分析

4.3.2微观断口分析

4.4本章小结

第五章结论

5.1结论

5.2展望及建议

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

致谢