載流攪拌摩擦焊鎂合金接頭組織及性能研究.pdf

1、為了克服傳統(tǒng)攪拌摩擦焊熱源形式單一，可焊材料種類較少，焊接速度較低等問題，滿足降低攪拌頭摩擦損耗，提高焊接效率及焊接質(zhì)量，降低焊接成本的要求，重慶大學(xué)羅鍵教授創(chuàng)造性的提出了外加電流提供內(nèi)生電阻熱與攪拌摩擦熱結(jié)合的復(fù)合熱源載流攪拌摩擦焊(Electric Current Aided Friction Stir Weld, EFSW)技術(shù)，擁有國家發(fā)明專利―導(dǎo)電-攪拌摩擦復(fù)合熱源焊接方法及設(shè)備‖（200710092974.7）。
　　

2、本文通過采用外加電流，對4.5mm厚AZ31B鎂合金實施載流攪拌摩擦焊，從焊縫形成機(jī)理、接頭微觀組織構(gòu)成、接頭顯微硬度、拉伸性能、斷裂機(jī)制以及焊接缺陷形成等方面研究比較了載流攪拌摩擦焊接與常規(guī)攪拌摩擦焊接的不同。并對2mm厚AZ31B鎂合金與1mm厚Q235鍍鋅鋼的載流攪拌摩擦搭接焊進(jìn)行了初步探索，觀察了界面的微觀形貌，分析了焊縫結(jié)合面金屬的塑性流動及連接機(jī)理，具體研究內(nèi)容概括如下：
　?、偌虞d電流之后，焊縫寬度較常規(guī) FSW縫寬

3、度大，熱影響區(qū)范圍更廣，焊縫深度方向上，載流之后所影響的焊縫區(qū)域更深。EFSW接頭各區(qū)域組織呈現(xiàn)出不同的特點：焊核區(qū)組織較常規(guī)FSW更加均勻、細(xì)密，且加載電流越大焊核區(qū)組織越細(xì)小。熱機(jī)械影響區(qū)晶粒組織相比FSW更為細(xì)小，但隨著電流增大，晶粒組織總體尺寸變化不大，而局部的不均勻現(xiàn)象更加明顯，形成部分晶粒尺寸突變；熱影響區(qū)晶粒組織發(fā)生動態(tài)回復(fù)反應(yīng)，出現(xiàn)了較大尺寸晶粒，不均勻性明顯，此區(qū)域中晶粒的平均尺寸較常規(guī)攪拌摩擦焊的要大。
　?、?/p>

4、EFSW與常規(guī)FSW顯微硬度值總體都呈近似對稱的―W‖形分布，接頭硬度值最高點出現(xiàn)在焊核區(qū)，最低點出現(xiàn)在前進(jìn)側(cè)熱機(jī)械影響區(qū)位置。EFSW接頭焊核區(qū)和熱機(jī)械影響區(qū)的晶粒細(xì)化作用增強(qiáng)使得焊縫區(qū)硬度總體較FSW接頭要高。在熱機(jī)械影響區(qū)，其硬度值隨著電流大小從0A增加到150A總體呈現(xiàn)上升的趨勢，且前進(jìn)側(cè)方向硬度明顯低于后退側(cè)熱機(jī)械影響區(qū)硬度。而在熱影響區(qū)，隨著電流增加，硬度值總體呈現(xiàn)下降的趨勢。
　　③在外加電流低于50A時，所加載的電

5、流對接頭的抗拉強(qiáng)度和延伸率影響不大。而在外加電流大于50A時，抗拉強(qiáng)度與延伸率都獲得了顯著的提升，在外加電流100A時達(dá)到最大，此時抗拉強(qiáng)度和延伸率分別為213MPa及6.87％，分別比常規(guī)FSW接頭提高了17.7%和29.4%。
　?、芾煸嚇咏宇^斷口均出現(xiàn)在前進(jìn)側(cè)的熱機(jī)械影響區(qū)，在垂直于EFSW焊縫方向上，前進(jìn)邊一側(cè)的熱機(jī)械影響區(qū)則是接頭最薄弱的區(qū)域。隨著電流增加，熱輸入量增強(qiáng)，接頭的韌性以及塑性明顯增加，斷口掃描形貌則表現(xiàn)為

6、韌窩數(shù)量增多，解理臺階及解理紋變少，斷裂的方式也從韌脆混合型斷裂逐步過渡到以韌性斷裂為主的模式。
　?、莺缚p表面缺陷及內(nèi)部缺陷是由于具體操作中焊接參數(shù)匹配不當(dāng)導(dǎo)致焊接熱輸入不當(dāng)或受焊接工件表面污物及氧化物的影響所造成。AZ31B鎂合金的載流攪拌摩擦焊接方法可以降低焊縫表面缺陷及內(nèi)部缺陷的形成機(jī)率。
　　⑥AZ31B鎂合金及Q235鍍鋅鋼載流攪拌摩擦搭接焊研究結(jié)果表明，焊接界面鋅層與鎂合金混合充分，具有明顯的流動特征，鋼一側(cè)有