轉(zhuǎn)速對5083鋁合金攪拌摩擦焊焊縫組織與性能的影響.pdf

1、在轉(zhuǎn)速為250rpm-1400rpm的范圍內(nèi),采用小型攪拌摩擦焊接(FSW)設(shè)備,制備了不同轉(zhuǎn)速下的5083-H321鋁合金FSW焊接板材試樣；借助光學(xué)顯微鏡(OM)、掃描電子顯微鏡(SEM)、動電位掃描儀、萬能電子力學(xué)性能試驗(yàn)機(jī)、慢應(yīng)變速率拉伸(SSRT)應(yīng)力腐蝕試驗(yàn)機(jī)等設(shè)備,研究了FSW焊縫的微觀組織、力學(xué)性能、電化學(xué)性能及應(yīng)力腐蝕行為；對比了焊縫與母材的組織及性能差異；分析了焊接過程中金屬流動特征及幾種焊縫缺陷的成因與控制措施。主

2、要內(nèi)容及結(jié)果如下:
　　 1)探明了轉(zhuǎn)速對5083-H321鋁合金FSW焊縫橫截面微觀組織及摩擦面形貌的影響規(guī)律。在轉(zhuǎn)速為250rpm-1400rpm范圍內(nèi),5083鋁合金FSW焊縫橫截面均呈現(xiàn)非對稱的“洋蔥環(huán)”型結(jié)構(gòu),該結(jié)構(gòu)的尺寸隨著轉(zhuǎn)速的升高而增大；摩擦面因軸肩作用形成周期性的旋壓環(huán)形貌,其環(huán)間距為焊接速度v與轉(zhuǎn)速n的比；焊縫橫截面明顯包含焊核區(qū)(NZ)、熱力影響區(qū)(TMAZ)、熱影響區(qū)(HAZ)三個(gè)典型區(qū)域,各區(qū)域之間存在

3、明顯的界面,其晶粒尺寸d的變化規(guī)律為dNZ　　 2)探討了5083-H321鋁合金FSW焊接過程金屬的流動行為。焊接開始時(shí),隨著攪拌針的旋入,待焊區(qū)金屬摩擦升溫并塑性變形,內(nèi)部金屬從攪拌針前進(jìn)側(cè)經(jīng)由后退側(cè)并沿軸向上升后受軸

4、肩的旋壓作用從后退側(cè)流向前進(jìn)側(cè),最終形成摩擦面周期性的旋壓環(huán)、橫截面非對稱的“洋蔥環(huán)”及朝向前進(jìn)側(cè)的“洋蔥尖”形貌。
　　 3)探明了轉(zhuǎn)速對5083-H321鋁合金FSW焊縫力學(xué)性能的影響規(guī)律,探討了轉(zhuǎn)速n與焊接速度v的比值對力學(xué)性能的影響。在轉(zhuǎn)速為250rpm-1400rpm范圍內(nèi),隨轉(zhuǎn)速的升高,焊縫抗拉強(qiáng)度與延伸率均呈現(xiàn)先升高后降低的變化規(guī)律,當(dāng)轉(zhuǎn)速在700-1000rpm范圍內(nèi),力學(xué)性能較高,當(dāng)轉(zhuǎn)速為700rpm時(shí),抗拉強(qiáng)

5、度與延伸率最大,達(dá)到母材相應(yīng)性能的92％和130％。當(dāng)n/v值在8.75-12.5范圍內(nèi),5083-H321鋁合金FSW焊縫可獲得較佳的力學(xué)性能。
　　 4)分析了5083-H321鋁合金在較低及較高轉(zhuǎn)速下的FSW焊縫缺陷及成因。當(dāng)轉(zhuǎn)速為250rpm時(shí),焊縫摩擦面出現(xiàn)溝槽缺陷,并在焊縫內(nèi)部形成吻接。轉(zhuǎn)速為350rpm時(shí),吻接消失且溝槽尺寸變小,當(dāng)轉(zhuǎn)速達(dá)到500rpm時(shí),溝槽幾乎被填充滿；當(dāng)轉(zhuǎn)速升至1400rpm時(shí),焊縫摩擦面前進(jìn)

6、側(cè)出現(xiàn)嚴(yán)重飛邊缺陷,進(jìn)而導(dǎo)致焊核區(qū)偏前進(jìn)側(cè)形成沿焊接方向的隧道缺陷。影響熱量輸入及材料流動的主要參數(shù)n與v的比值是上述缺陷形成的根本因?yàn)?。?dāng)轉(zhuǎn)速在700-1000rpm范圍內(nèi),即n/v比值為8.75-12.5時(shí),焊縫無缺陷。
　　 5)探明了5083-H321鋁合金FSW無缺陷焊縫分別在空氣及3.5％NaCl溶液中不同慢應(yīng)變速率下的SCC行為及其與母材SCC行為的差異。攪拌轉(zhuǎn)速為700rpm及1000rpm下獲得的無缺陷焊縫的S

7、CC行為無明顯差異；在慢應(yīng)變速率為3.3×10-5s-1時(shí),焊縫的SCC敏感指數(shù)ISSRT均小于0.1,SCC斷口形貌均以韌性斷裂為主要特征,顯示出極低的SCC敏感性；在慢應(yīng)變速率為1×10-6s-1時(shí),焊縫的SCC敏感性明顯增強(qiáng),ISSRT約為0.14,斷口均呈現(xiàn)以解理斷裂為主的混合型斷裂形貌；母材在慢應(yīng)變速率為3.3×10-5s-1時(shí)的ISSRT值即達(dá)0.17,顯示以解理斷裂為主的典型腐蝕脆斷特征；焊縫的SCC性能優(yōu)于母材的SCC性