铝合金无匙孔搅拌摩擦点焊工艺及疲劳特性研究

摘要

搅拌摩擦点焊作为一种绿色焊接技术，该技术在焊接有色金属（尤其是铝合金）时，与电阻点焊、铆接等相比较，能获得性能更好的焊接接头。也就是说搅拌摩擦点焊技术在焊接铝合金时具有很大的优越性。因此，搅拌摩擦点焊技术在未来必将替代电阻点焊技术，成为成为汽车制造过程中的关键技术，那么，搅拌摩擦点焊结构的薄弱环节、疲劳特性等，将成为我们重点要解决的问题，它具有十分重要的工程意义。
　　通过两台不同的搅拌摩擦点焊设备对6082-T6铝合金进行无匙孔搅拌摩擦点焊，依所获得的焊接试件为研究对象，从不同的层面着手研究搅拌摩擦点焊组织结构及性能。在两种方式下均获得了表面平整，成形美观的焊接接头。同时，根据他们各自的特点分别利用正交试验进行工艺优化，寻找到他们的最优参数。最终发现在回填时搅拌摩擦点焊抗拉剪性能研究当中，搅拌套的下扎深度对点焊接头的抗拉剪载荷值的影响最大，其次是搅拌头的旋转速度，再次是搅拌套的下扎时间，最后是搅拌针的回填时间。最优参数为搅拌头转速2100r/min、搅拌套下扎时间为3.5s、搅拌针回填时间为2.1s、搅拌套下扎深度为2.7mm。而在回抽式搅拌摩擦点焊剥离性能的研究当中，搅拌针的伸出量对点焊接头的抗拉剪载荷值的影响最大，其次是搅拌头的旋转速度，最后是焊接停留时间，最优参数为搅拌头的旋转速度为1000r/min、焊接停留时间为8s、搅拌针伸出量为2.8mm。同时对他们的组织结构及拉剪断口进行观察分析，发现回抽式FSSW接头各区域的组织晶粒比与其相对应的回填式FSSW的大；并测试了点焊接头横截面显微硬度分布，它们的接头横截面显微硬度均呈‘W’分布。
　　对2mm厚的6082-T6铝合金回填式FSSW接头的疲劳性能进行了研究。在最优的焊接工艺参数及良好的焊接接头的基础上，完成了点焊接头的疲劳实验，对点焊接头薄弱环节的微观组织和疲劳断口的形貌进行观察及分析,得到了在一定范围内预测疲劳寿命的表达式。结果表明：疲劳裂纹在上下板间的接头根部起裂,在热影响区和热力影响区的交界处扩展直至断裂；微量元素形成的强化相在很大程度上影响点焊接头的疲劳性能；点焊接头的疲劳寿命随着应力强度因子的变小呈现增大趋势；对回抽式FSSW的疲劳特性进行分析，发现在同样的载荷作用下其疲劳寿命远低于回填式FSSW的。
　　利用有限元分析软件ANSYS模拟了6082-T6铝合金回填式FSSW接头在不同载荷作用下的应力场，进而分别运用名义应力法和局部应力-应变法计算得到当前载荷水平下的疲劳寿命，发现在较大的载荷水平下，应力法分析结果与试样实际寿命接近，在较小的载荷水平下，局部应力-应变法分析结果与试样实际寿命接近。

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第一章 绪论

1.1工程背景及选题意义

1.2 铝合金搅拌摩擦点焊

1.3搅拌摩擦点焊接头疲劳行为的研究现状

1.4 FSSW在其他行业中的应用

1.5 本文的研究目标及相关内容

第二章 实验材料、设备及方法

2.1 实验材料

2.2 实验设备

2.3 试验方法

2.4 本章小结

第三章 6082铝合金FSSW的工艺优化

3.1 最优工艺参数的确定

3.2.回抽式FSSW

3.3 温度、转速对接头性能的影响

3.4本章小结

第四章 6082-T6铝合金点焊接头的组织结构的研究

4.1 2mm的6082-T6铝合金母材的组织及结构

4.2 回填式FSSW接头的组织结构

4.3 回抽式FSSW的组织结构

4.4 本章小结

第五章 6082铝合金FSSW搭接接头显微硬度及断口分析

5.1 显微硬度分析

5.2 点焊接头的断裂模式

5.3 焊接接头的拉剪断口分析

5.4 本章小结

第六章 6082铝合金FSSW搭接接头的疲劳行为的研究

6.1 微量元素对点焊接头疲劳性能的影响

6.2 回填式FSSW接头的疲劳行为研究

6.3 回抽式FSSW的疲劳试验结果及分析

6.4 本章小结

结论

参考文献

致谢

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