鋼與銅的攪拌摩擦焊工藝性能研究及機(jī)理探索.pdf

1、銅鋼復(fù)合件同時(shí)具有鋼、銅兩者的優(yōu)勢，被廣泛應(yīng)用于壓力容器、電子元件及艦船制造業(yè)中，焊接是制造鋼銅復(fù)合件的主要工藝。目前，焊接鋼與銅主要方法有熔化焊和固態(tài)焊。熔焊工藝復(fù)雜，接頭易產(chǎn)生缺陷且性能不高；固相焊接雖可獲得優(yōu)質(zhì)接頭，但工藝要求苛刻，效率不高。 本課題對Q235鋼與T2紫銅的攪拌摩擦焊焊接工藝及接頭性能進(jìn)行了研究。利用光學(xué)顯微鏡觀察了接頭中的組織演變，利用顯微硬度計(jì)和電子萬能試驗(yàn)儀測量了接頭的力學(xué)性能并分析了其接頭斷裂特征，

2、利用掃描電鏡和x射線衍射儀分析了接頭焊核中的組織成分及相結(jié)構(gòu)，利用能譜分析了界面處的元素?cái)U(kuò)散行為。 研究結(jié)果表明，在合適的參數(shù)下，利用攪拌摩擦焊焊接鋼與銅，可獲得無缺陷、性能良好的接頭，焊接規(guī)范參數(shù)對焊縫成型有顯著的影響。隨攪拌頭旋轉(zhuǎn)速度的升高或焊接速度的降低，焊縫表面弧形紋間距減小，焊縫光滑，焊縫表面氧化程度加重。接頭橫截面中部鋼側(cè)－焊核交界面與焊縫上表面的夾角反映了焊接線能量的大小，焊接線能量越大，其夾角越大。 接頭

3、鋼側(cè)HAZ區(qū)中的軸肩擠壓區(qū)、底板作用區(qū)及再結(jié)晶區(qū)，均由細(xì)小的等軸晶鐵素體＋珠光體組成；過熱區(qū)由先共析鐵素體＋珠光體及少量的魏氏體組成；不完全再結(jié)晶區(qū)由不均勻的等軸晶鐵素體＋珠光體晶粒組成。其中軸肩擠壓區(qū)的組織最細(xì)小，未發(fā)現(xiàn)以變形晶粒為特征的熱力影響區(qū)。 接頭銅側(cè)熱影響區(qū)的銅晶粒發(fā)生了長大，熱力影響區(qū)及軸肩擠壓區(qū)的晶粒細(xì)小，未發(fā)現(xiàn)明顯的變形痕跡。 接頭焊核按形貌特征可分為兩部分：近上表面鋼銅混合帶和由勺柄與勺腹組成的勺子狀

4、區(qū)域，其中含有鋼、銅及鋼銅混合帶三種組織。焊核勺柄與靠近鋼與焊核界處的鋼組織為先共析鐵素體＋珠光體；焊核中部與下部鋼條帶中的鋼組織大部分發(fā)生了組織細(xì)化。焊核中的銅在勺柄處呈現(xiàn)銅條帶狀，在焊核中下部呈塊狀，其晶粒相比銅母材細(xì)小。 接頭鋼、銅HAZ區(qū)的硬度值與兩種母材硬度值接近。焊核中混合帶的硬度值較高，銅的硬度值較低。在焊核上部，近上表面鋼銅混合帶的硬度值很均勻，略高于鋼母材的硬度，勺子狀區(qū)域的硬度值在鋼母材與銅母材硬度值之間波動(dòng)

5、；焊核中部和下部的硬度值在銅與混合帶硬度之間波動(dòng)。距離焊縫上表面越遠(yuǎn)，混合帶的硬度值越大，最大硬度值出現(xiàn)在焊核下部鋼銅混合帶處。 接頭抗拉強(qiáng)度值超過銅母材強(qiáng)度的86％，最高抗拉強(qiáng)度達(dá)到銅母材的99.1％。在一定范圍內(nèi)，攪拌頭旋轉(zhuǎn)速度對接頭拉伸性能影響不顯著；隨著焊接速度增加，其接頭抗拉強(qiáng)度增大；當(dāng)探針偏移量較低時(shí)其抗拉強(qiáng)度略低。拉伸試樣一般斷裂在銅側(cè)熱影響區(qū)，為韌性斷裂。 鋼銅混合帶是由α相和ε相組成的鋼銅固溶體。在接頭