汽車用鎂合金新型焊接技術(shù)研究.pdf

1、汽車輕量化是實(shí)現(xiàn)汽車節(jié)能減排的重要措施，對汽車工業(yè)的可持續(xù)發(fā)展具有十分重要的意義。鎂合金是汽車輕量化進(jìn)程中極具競爭力的材料。然而由于鎂合金化學(xué)性質(zhì)活潑，導(dǎo)熱性非常強(qiáng)，用普通的電弧焊或電阻點(diǎn)焊等方法焊接鎂合金很難得到高質(zhì)量的焊接接頭。攪拌摩擦焊接作為一種高效的固相焊接方法，已經(jīng)被證明能夠用以焊接鎂合金并得到高質(zhì)量的焊接接頭。焊接過程中，在不均勻溫度場的作用下，焊接接頭的組織及力學(xué)性能相對于母材都會發(fā)生改變，并且不可避免的產(chǎn)生殘余應(yīng)力。因此

2、，開展對鎂合金攪拌摩擦焊接接頭的組織、力學(xué)性能和殘余應(yīng)力的研究十分必要。
　　作為基礎(chǔ)研究，本課題以ABAQUS有限元軟件為平臺，開發(fā)了用于模擬鎂合金攪拌摩擦焊接過程的熱-彈-塑性計(jì)算方法。利用開發(fā)的計(jì)算方法，對8mm厚AZ31鎂合金平板對接接頭的溫度場和殘余應(yīng)力分布進(jìn)行數(shù)值模擬，并通過實(shí)驗(yàn)方法驗(yàn)證了開發(fā)的計(jì)算方法的有效性。同時(shí)，本課題還對AZ31鎂合金攪拌摩擦焊接接頭進(jìn)行了拉伸、沖擊、硬度等常規(guī)力學(xué)性能測試和金相組織分析，并應(yīng)用

3、掃描電鏡對拉伸斷口形貌進(jìn)行了觀察。此外，本課題還研究了中等厚度鋁/鎂異種材料攪拌摩擦焊接的可行性。
　　研究結(jié)果表明：
　　(1)焊接接頭試件上表面和中心面的縱向殘余應(yīng)力呈―M‖型雙峰分布，下表面的縱向殘余應(yīng)力為單峰分布；試件的橫向殘余應(yīng)力在上表面呈―W‖型雙峰分布，下表面呈單峰分布，中心面處的橫向殘余應(yīng)力在整個(gè)焊縫及其附近都相對較穩(wěn)定且數(shù)值較小。
　　(2)焊核區(qū)的原始組織發(fā)生了動態(tài)再結(jié)晶，其晶粒尺寸較母材小且更加均

4、勻，熱影響區(qū)的晶粒因受到熱作用而長大；隨著熱輸入的增大，焊核區(qū)的平均晶粒尺寸也相應(yīng)增大。
　　(3)所有焊接接頭的抗拉強(qiáng)度和沖擊吸收功值相對于母材均有一定程度的降低；當(dāng)攪拌頭轉(zhuǎn)速為1600r/min，焊接速度為240mm/min時(shí)，焊接接頭的力學(xué)性能最佳，其抗拉強(qiáng)度能夠達(dá)到母材的90.2％，沖擊吸收功值能夠達(dá)到母材的93.8%；試樣絕大部分的斷裂都發(fā)生在前進(jìn)側(cè)的焊核區(qū)與熱機(jī)械影響區(qū)之間，焊接接頭的拉伸斷裂過程屬于韌性斷裂和脆性斷裂