鋁—鋼異種金屬無匙孔攪拌摩擦點(diǎn)焊接頭組織與性能的研究.pdf

1、隨著能源危機(jī)的日益嚴(yán)重，輕量化技術(shù)受到越來越多的關(guān)注。鋁-鋼連接件既能減輕整體結(jié)構(gòu)的重量，又能保證結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度，有著良好的應(yīng)用前景?？墒?，由于物理和化學(xué)性能的差異，鋼和鋁及其合金的連接一直是焊接領(lǐng)域的難點(diǎn)。攪拌摩擦點(diǎn)焊是固相連接技術(shù)，熱輸入低，可有效控制脆性化合物的形成，成為重要的鋁鋼異種金屬連接方法之一。
　　本文采用自行設(shè)計(jì)的無匙孔攪拌摩擦點(diǎn)焊新方法對(duì)1mm厚的DP600鍍鋅鋼板和3mm厚的6061鋁合金進(jìn)行搭接點(diǎn)焊，接頭表面平

2、整美觀，中心沒有匙孔，焊點(diǎn)成形良好，周圍無飛邊。采用正交優(yōu)化設(shè)計(jì)，研究了主要工藝參數(shù)對(duì)接頭抗剪力的影響，從主到次依次為攪拌頭轉(zhuǎn)速，攪拌針長(zhǎng)度，預(yù)熱時(shí)間;并得出了最優(yōu)組合參數(shù):攪拌頭轉(zhuǎn)速為1200 r/min，預(yù)熱時(shí)間為6s，攪拌針長(zhǎng)度為3.2 mm。最優(yōu)參數(shù)下所得接頭的抗剪力能達(dá)到10 KN以上。
　　采用掃描電子顯微鏡分析組織，發(fā)現(xiàn)接頭由攪拌區(qū)和擴(kuò)散區(qū)組成。攪拌區(qū)內(nèi)，鋼和鋁互相嵌入對(duì)方基體中，形成“釘子”和“彎鉤”狀分布，機(jī)械連

3、接十分牢固;微觀上，兩種金屬呈環(huán)形的片層狀交錯(cuò)分布，近似為“洋蔥環(huán)”結(jié)構(gòu)，且片層之間發(fā)生了元素?cái)U(kuò)散，形成了一系列金屬間化合物，有一定的冶金結(jié)合。擴(kuò)散區(qū)分界清晰，有一層致密均勻的金屬間化合物FeAl3在界面上生成，厚度約為5μm，連接方式為冶金結(jié)合。所以，鋁-鋼無匙孔攪拌摩擦點(diǎn)焊接頭既有機(jī)械連接，也有冶金結(jié)合，正是這種雙重連接使接頭具有良好的力學(xué)性能。
　　觀察拉伸試驗(yàn)后的斷口，發(fā)現(xiàn)接頭主要有兩種斷裂方式:一種是接頭直接從鋁鋼的搭接

4、界面上剝離，另一種是接頭經(jīng)塑性變形后從擴(kuò)散區(qū)撕裂，鋼板上留下孔洞，其中以第二種斷裂方式失效的接頭的連接強(qiáng)度相對(duì)較高。斷口為河流狀的解理臺(tái)階，表現(xiàn)為脆性斷裂，且臺(tái)階邊緣分布著金屬間化合物FeAl3。初步推斷接頭斷裂位置為擴(kuò)散區(qū)金屬間化合物層與鋁基體界面處，而斷裂起源于化合物層以及界面上的孔洞或裂紋處。
　　接頭中兩種材料的橫向硬度分布都近似為“W”形，攪拌區(qū)的硬度最高;而縱向硬度分布曲線上，界面處的硬度值達(dá)到800HV以上，遠(yuǎn)高于兩