2024鋁合金-Q235鋼異種金屬攪拌摩擦焊工藝研究.pdf

1、本文使用攪拌摩擦焊技術(shù)對3mm厚的2024鋁合金板與Q235鋼板進(jìn)行了對接試驗(yàn)，研究了焊接工藝參數(shù)對焊縫組織及接頭力學(xué)性能的影響規(guī)律，利用掃描電鏡、能譜分析深入研究了鋁/鋼界面的特征及元素分布情況；同時，通過對接頭斷裂行為的研究進(jìn)一步探索了接頭的斷裂機(jī)理。
　　在鋁合金與鋼的攪拌摩擦焊工藝研究中，主要研究了不同工藝參數(shù)（母材放置位置、軸肩壓入量、攪拌針偏移量、焊接速度、攪拌頭轉(zhuǎn)速）對焊縫宏觀形貌、微觀組織、力學(xué)性能及界面形貌特征的

2、影響規(guī)律。研究結(jié)果表明，當(dāng)鋁作為前進(jìn)側(cè)時，焊縫表面及內(nèi)部均出現(xiàn)隧道型缺陷，而鋼作為前進(jìn)側(cè)時，焊縫成形良好，且接頭強(qiáng)度明顯提高；隨著壓入量的增加，焊縫表面飛邊及焊核區(qū)鋼粒數(shù)量明顯增多，鋁/鋼界面逐漸彎曲，界面處IMCs層厚度略微增加，接頭抗拉強(qiáng)度先增大后減小，并在壓入量為0.3mm時達(dá)到最大值；隨著偏移量的增加，焊縫表面成形變差，焊核區(qū)鋼粒數(shù)量增多，并在偏移量為0.8mm時出現(xiàn)隧道型缺陷，界面處IMCs層厚度逐漸增大，接頭抗拉強(qiáng)度先增大后

3、減小，并在偏移量為0.4mm時達(dá)到最大值；隨著焊接速度的增加，焊縫表面與內(nèi)部成形變差，在焊速為85mm/min時出現(xiàn)隧道型缺陷，界面處IMCs層厚度逐漸減小，接頭抗拉強(qiáng)度先增大后減小，并在焊速為44mm/min時達(dá)到最大值；隨著轉(zhuǎn)速的增加，焊縫表面與內(nèi)部成形質(zhì)量得到改善，鋁/鋼界面由平直變得彎曲，界面處IMCs層厚度逐漸增大，接頭抗拉強(qiáng)度先增大后減小，并在轉(zhuǎn)速為420rpm時達(dá)到最大值。由試驗(yàn)得到較為合適的工藝參數(shù)為：鋼位于前進(jìn)側(cè)，壓入

4、量為0.3mm，偏移量為0.4mm，焊速為44mm/min，轉(zhuǎn)速為420rpm。在此工藝參數(shù)下得到的接頭抗拉強(qiáng)度達(dá)到最大值334MPa，為鋁合金母材強(qiáng)度的74.2％。
　　在鋁合金與鋼的攪拌摩擦焊工藝研究基礎(chǔ)上，對其進(jìn)行了斷裂機(jī)理研究。通過物理試驗(yàn)獲得了不同轉(zhuǎn)速條件下接頭中的瞬時溫度和應(yīng)力分布特征，并在此基礎(chǔ)上研究了它們與接頭界面微觀結(jié)構(gòu)及斷裂行為的內(nèi)在聯(lián)系。研究結(jié)果表明，IMCs層的厚度、連續(xù)程度及應(yīng)力狀態(tài)是影響接頭連接質(zhì)量的主