鎂—鋼無匙孔攪拌摩擦點(diǎn)焊接頭結(jié)合機(jī)理研究.pdf

1、攪拌摩擦點(diǎn)焊(FSSW, Friction Stir Spot Welding)是基于攪拌摩擦焊(FSW)新近研發(fā)的一種焊接技術(shù)。由于FSSW具有成本低、耗能少等優(yōu)點(diǎn)，能夠替代傳統(tǒng)點(diǎn)焊方法用于汽車工業(yè)。尤其是在焊接輕質(zhì)合金時(shí)具有工藝過程簡單、接頭質(zhì)量高、工作環(huán)境清潔等優(yōu)勢。
　　本文采用自行設(shè)計(jì)研究的無匙孔FSSW機(jī)構(gòu)，對(duì)1mm厚的DP600鍍鋅鋼板和3mm厚的AZ31B鎂合金板進(jìn)行搭接點(diǎn)焊試驗(yàn)(DP600在上，AZ31在下)，在

2、鎂-鋼異種金屬無匙孔攪拌摩擦點(diǎn)焊工藝的研究基礎(chǔ)上，在最優(yōu)點(diǎn)焊參數(shù)(軸肩下壓量為0.3mm，攪拌針直徑為6.0mm，轉(zhuǎn)速為1200r/min)下，為了研究點(diǎn)焊過程中鎂和鋼的混合程度以及組織變化，對(duì)整個(gè)點(diǎn)焊過程的三個(gè)階段分別進(jìn)行研究:Ⅰ插入階段;Ⅱ攪拌與回抽階段;Ⅲ回抽完畢階段。針對(duì)三個(gè)階段點(diǎn)焊接頭的焊核區(qū)，熱機(jī)影響區(qū)，熱影響區(qū)，進(jìn)行金相及主元素分布分析。利用X射線衍射儀(XRD)和掃描電鏡(SEM)對(duì)點(diǎn)焊接頭的斷口進(jìn)行了分析，并通過對(duì)DP

3、600/AZ31的界面過渡區(qū)溫度場的實(shí)測與模擬，確定了不同轉(zhuǎn)速下的溫度場分布，探討了DP600與AZ31之間攪拌摩擦搭接點(diǎn)焊的結(jié)合機(jī)理。
　　在最優(yōu)點(diǎn)焊參數(shù)(軸肩下壓量為0.3mm，攪拌針直徑為6.0mm，轉(zhuǎn)速為1200r/min)下，搭接點(diǎn)焊接頭的最大剪切強(qiáng)度可達(dá)8.7KN。對(duì)搭接點(diǎn)焊接頭進(jìn)行硬度測量，結(jié)果顯示:在橫向，DP600和AZ31的硬度分布相似，其形狀大致為“W”型;在縱向，顯微硬度值在DP600/AZ31的界面過渡區(qū)

4、最大。斷口分析表明:點(diǎn)焊接頭的斷裂形式大多呈脆性斷裂，其與熱輸入的大小無關(guān)。整個(gè)點(diǎn)焊過程分為插入(Ⅰ)、攪拌與回抽(Ⅱ)、回抽完畢(Ⅲ)三個(gè)階段，顯微組織分析得到:焊核區(qū)，DP600的晶粒流向明顯且細(xì)長。熱機(jī)影響區(qū)，DP600和AZ31均發(fā)生動(dòng)態(tài)再結(jié)晶，DP600的晶粒粗長，AZ31晶粒最為粗大，但在攪拌針回抽區(qū)域，AZ31晶粒細(xì)小且分布均勻，全部為再結(jié)晶等軸晶粒。熱影響區(qū)，DP600的晶粒更為粗長，AZ31的晶粒也較為粗大。此外，在攪

5、拌針的作用下，鋼攪入鎂中，鋼像一個(gè)“釘子”嵌入鎂中，這是接頭力學(xué)性能較好的主要原因，接頭機(jī)械連接明顯。接頭主元素分析表明:(Ⅰ)階段，DP600與AZ31的界面沒有發(fā)生擴(kuò)散。(Ⅱ)、(Ⅲ)階段，在焊核區(qū)主元素之間發(fā)生了擴(kuò)散。利用ANSYS有限元軟件對(duì)DP600/AZ31異種金屬無匙孔攪拌摩擦搭接點(diǎn)焊的溫度場進(jìn)行了模擬，建立了復(fù)合熱源模型。利用熱電偶對(duì)DP600表面及DP600/AZ31的界面溫度進(jìn)行了實(shí)際測量，并將實(shí)測溫度與數(shù)值模擬結(jié)果