航空铝合金LY12CZ和LD10CS搅拌摩擦焊接头疲劳行为研究

摘要

本文主要对航空铝合金LYl2CZ和LDl0CS搅拌摩擦焊对接接头的显微组织的变化，S-N曲线，显微缺陷对疲劳性能的影响进行研究，同时按照国际焊接学会(ⅡW)焊接接头疲劳评定推荐规范，计算出各种状态接头的疲劳特征值。 研究结果表明，搅拌摩擦焊接头较美观，焊后板材几乎无变形；焊缝中心有“洋葱环”组织出现；搅拌摩擦焊接头拥有两个明显的外部特征：飞边和搅拌肩随搅拌头行走时留下的凸台。搅拌摩擦焊接头材料的流动性差异把接头分为母材区、焊核区、机械热影响区和热影响区；焊缝区的显微硬度成W型分布，硬度的最低点出现在热影响区内。在焊接规范(1)条件下，焊缝根部易形成“未焊透”(LD10CS)和“弱连接”缺陷(LY12CZ)，并且这两种缺陷对接头的弯曲和疲劳性能都有很大的影响；传统的无损检测技术如X射线伤无法检测发现这两种缺陷，只有破坏性弯曲试验才能完全检测出焊缝根部缺陷。弯曲试验结果表明，搅拌摩擦焊焊缝有良好的塑性，但是在本研究的试样焊接条件下所有状态的焊缝均从焊缝根部起裂，由于金相组织观察也很难发现根部缺陷的存在，在以后的试验中应该更加重视对搅拌摩擦焊根部缺陷的研究。 在焊接规范(1)条件下所形成的“未焊透”和“弱连接”缺陷，大大降低了FSW接头的疲劳性能，表明焊接规范(1)不合理。在优化后的焊接规范(3)、(4)和(5)下，LY12CZ(4mm板厚)铝合金搅拌摩擦焊对接接头在2×10<'6>循环次属下对应95﹪存活率的疲劳强度特征值为△σ<,k>=69.5MPa,S-N曲线的斜率m=8.58；LD10CS(6mm板厚)铝合金搅拌摩擦焊对接接头在2×10<'6>循环次数下对应95﹪存活率的疲劳强度特征值为△σ<,k>=77.1MPa，S-N曲线的斜率m=6.70。 目前国际上还没有一组公认的铝合金搅拌摩擦焊疲劳设计曲线，随着搅拌摩擦焊技术的逐渐推广，对搅拌摩擦焊疲劳设计规范的要求也越来越迫切，所以对搅拌摩擦焊疲劳性能的研究还应该更广泛和深入的展开。

目录

文摘

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第一章绪论

1.1选题背景及研究意义

1.2铝合金疲劳性能研究回顾

1.2.1影响疲劳性能的主要因素

1.2.2疲劳性能的改善

1.2.3铝合金焊接方法

1.3搅拌摩擦焊

1.3.1工艺描述

1.3.2热的产生

1.3.3搅拌摩擦焊接头疲劳行为研究现状

1.4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焊接方法

2.3焊缝无损检测试验法

2.4金相样品制备

2.5硬度测试

2.6弯曲试验

2.7疲劳试验

2.8本章小结

第三章搅拌摩擦焊接头组织与微观缺陷分析

3.1 LY12CZ铝合金搅拌摩擦焊接头组织与微观缺陷

3.1.1 LY12CZ铝合金搅拌摩擦焊接头宏观组织

3.1.2 LY12CZ铝合金搅拌摩擦焊接头显微组织与缺陷

3.2 LD10CS铝合金搅拌摩擦焊接头组织与微观缺陷

3.2.1 LD10CS铝合金搅拌摩擦焊接头宏观组织

3.2.2 LD10CS铝合金搅拌摩擦焊接头显微组织与缺陷

3.3铝合金搅拌摩擦焊接头硬度分布

3.4铝合金搅拌摩擦焊接头弯曲性能

3.5本章小结

第四章搅拌摩擦焊接头疲劳性能分析

4.1疲劳试验结果及统计处理

4.2疲劳性能分析讨论

4.2.1疲劳强度统计结果比较

4.2.2疲劳断裂位置

4.2.3根部缺陷的影响

4.2.4试样表面状态和焊接速度的影响

4.3本章小结

第五章结论

参考文献

发表论文和科研情况说明

致谢