鋁合金回填式攪拌摩擦點焊顯微組織及力學性能研究.pdf

1、鋁合金回填鋁合金回填式攪拌摩擦點焊式攪拌摩擦點焊顯微組織顯微組織及力及力學性能學性能研究研究Studyonmicrostructuremechanicalpropertiesofrefillfrictionstirspotweldedjointsfaluminumalloys（申請博士學位）一級學科：材料科學與工程學科專業(yè)：材料加工工程研究生：申志康指導教師：楊新岐教授天津大學材料科學與工程學院二零一四年十二月摘要回填式攪拌摩擦點焊是德

2、國GKSS于1999年提出的一種新型固相點焊技術。由于此焊接方法在鋁合金等輕質材料的連接上具有無可比擬的優(yōu)勢，目前已成為鋁合金點焊技術研究的熱點領域。為了驗證此焊接方法對不同鋁合金的焊接性，本文選用2024T3、2024T4、5052H112及7075T6鋁合金，對同種和異種鋁合金回填式攪拌摩擦點焊過程中應用基礎問題進行了深入研究。研究了同種和異種鋁合金的回填式攪拌摩擦點焊連接機理，分析了焊接工藝參數對接頭顯微組織、焊接缺陷及力學性能的

3、影響，并重點討論了該點焊過程中固有焊接缺陷的形成機制及其與接頭力學性能的交互作用。通過工藝試驗發(fā)現不同鋁合金的冶金特性與熱塑性流動性是影響回填式攪拌摩擦點焊過程的關鍵因素，其次是焊接工藝參數旋轉速度與焊接時間。在本次試驗中對0.8mm厚度7075T6鋁合金當旋轉速度為2100rpm、焊接時間為33.5s時，可得到組織致密的接頭；對2mm厚度2024T4鋁合金當旋轉轉速為1800rpm及焊接時間為6s時，可獲得回填較為充分、組織致密的冶金

4、連接焊縫；但對2mm厚度5052H112鋁合金由于表面包鋁層的影響，在轉速為15002100rpm及焊接時間為35s范圍內均未獲得無缺陷的點焊接頭；對2mm厚度2024T45052H112異種鋁合金點焊過程當焊接工藝為15002000rpm和45s范圍時，可得到組織致密冶金連接接頭；但對2mm厚度2024T37075T6異種鋁合金點焊過程，在15002000rpm及46s的工藝范圍內均未獲得無缺陷點焊接頭。與傳統(tǒng)攪拌摩擦焊比較，回填式攪

5、拌摩擦點焊的旋轉速度明顯較高(?1500rpm)，低旋轉速度下很難獲得無缺陷的焊縫。對同種與異種鋁合金回填式攪拌摩擦點焊接頭組織特征進行了詳細分析。試驗表明，點焊縫區(qū)域組織與傳統(tǒng)攪拌摩擦焊縫具有類似分區(qū)；可劃分為攪拌區(qū)、熱力影響區(qū)、熱影響區(qū)及母材。對0.8mm的7075T6鋁合金而言，由于材料在焊接過程中流動的特殊性，在攪拌區(qū)內形成了熱力影響區(qū)；在5052H112鋁合金攪拌區(qū)內由于應變速率不同，形成的等軸再結晶晶粒尺寸不同，呈分層分布狀

6、態(tài)。對鋁合金回填式攪拌摩擦焊中所產生的特殊焊接缺陷進行了詳細分析討論。試驗表明，在所有的點焊接頭中，焊縫連接界面處均產生各種形態(tài)鉤狀缺陷，由此可見鉤狀缺陷是回填式攪拌摩擦點焊接頭的固有特征，通過焊接工藝優(yōu)化很難消除；其次圍繞焊核周圍會產生退出線環(huán)形低強度弱連接缺陷；此外在有包鋁層的2024及7075鋁合金接頭中會產生粘連韌帶缺陷。這些特殊焊接缺陷的形態(tài)及分布將對點焊接頭力學性能產生明顯降低作用。通過金相試驗首次在2024及7075鋁合金