6082-T6鋁合金雙軸肩攪拌摩擦焊接頭組織及力學(xué)性能研究.pdf

1、雙軸肩攪拌摩擦焊是常規(guī)攪拌摩擦焊的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，既保留了固相連接技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，又解決了常規(guī)攪拌摩擦焊接過(guò)程中對(duì)工裝設(shè)備要求高、接頭根部缺陷、焊接匙孔等問(wèn)題，具有重要的研究和應(yīng)用價(jià)值。
　　本文采用優(yōu)化設(shè)計(jì)的雙軸肩攪拌頭對(duì)3mm和5mm厚6082-T6鋁合金進(jìn)行了雙軸肩攪拌摩擦焊試驗(yàn)，用熱電偶測(cè)溫法分析了5mm厚焊接試驗(yàn)板的溫度場(chǎng)分布規(guī)律及其對(duì)焊縫表面成形的影響;用銅箔示蹤法探究了接頭塑性材料的流動(dòng)行為;分析了3mm和5mm厚焊接

2、接頭的宏觀及各個(gè)區(qū)域的微觀組織;研究了攪拌頭轉(zhuǎn)速、焊接速度、攪拌針長(zhǎng)度及類型對(duì)力學(xué)性能的影響規(guī)律;對(duì)比分析了5mm厚母材在兩種焊接參數(shù)下焊接件的疲勞性能。
　　測(cè)溫試驗(yàn)結(jié)果表明，隨著距離焊縫中心距離越遠(yuǎn)，測(cè)溫點(diǎn)峰值溫度越低;焊縫上表面溫度低于下表面溫度;后退側(cè)的溫度明顯高于前進(jìn)側(cè);隨著攪拌頭轉(zhuǎn)速的提高和焊接速度的減小，各測(cè)溫點(diǎn)的峰值溫度升高。流場(chǎng)試驗(yàn)結(jié)果表明，在偏向前進(jìn)側(cè)熱影響區(qū)和熱機(jī)影響區(qū)界面處，存在三向材料的匯集區(qū)，此區(qū)域易產(chǎn)

3、生隧道缺陷。3mm和5mm厚焊接接頭橫截面形呈均“啞鈴狀”，可分為四個(gè)不同的區(qū)域:焊核區(qū)、熱機(jī)影響區(qū)、熱影響區(qū)和母材區(qū)。3mm、5mm厚焊接接頭顯微硬度均呈“W”形分布，母材硬度值最高，硬度最低點(diǎn)發(fā)生在后退側(cè)熱影響區(qū)和熱機(jī)影響區(qū)附近。3mm、5mm試樣拉伸測(cè)試表明，攪拌頭轉(zhuǎn)速過(guò)小或焊接速度過(guò)大時(shí)，焊接熱輸入過(guò)低，接頭中出現(xiàn)隧道缺陷，導(dǎo)致拉伸性能較差。對(duì)于5mm焊接接頭，當(dāng)攪拌針長(zhǎng)度為4.8mm，攪拌頭轉(zhuǎn)速為600rpm、焊接速度為500

4、mm/min時(shí)，接頭抗拉強(qiáng)度和伸長(zhǎng)率同時(shí)達(dá)到最大值246MPa和9.71％，分別為母材的76.6％和73.4％;斷口分析表明接頭呈韌性斷裂。對(duì)于3mm焊接接頭，當(dāng)攪拌針類型為三平面加雙螺、攪拌頭轉(zhuǎn)速為500rpm、焊接速度為500mm/min時(shí)，接頭抗拉強(qiáng)度和伸長(zhǎng)率同時(shí)達(dá)到最大值237MPa和9.32％，分別為母材的73.8％和70.4％;抗拉強(qiáng)度較大的試樣（500rpm/500mm/min），其焊接接頭斷口形式以韌性為主的韌脆混合斷裂

5、，抗拉強(qiáng)度最小的試樣（500rpm/800mm/min），其接頭斷口形式為脆性斷裂。3mm、5mm的正背彎強(qiáng)度幾乎相等，避免了常規(guī)攪拌摩擦焊接頭的根部未焊透缺陷，其變化規(guī)律與其抗拉強(qiáng)度的變化規(guī)律一致。在相同的應(yīng)力載荷下，鋁合金母材的疲勞性能優(yōu)于焊接件的疲勞性能;在焊接參數(shù)為600rpm/500mm/min時(shí)，疲勞極限為154.6MPa，為母材疲勞極限的91.91％;在焊接參數(shù)為700rpm/500mm/min時(shí)，疲勞極限為151.8MP