5052铝合金搅拌摩擦焊组织及性能研究

发布时间：2019-09-27 10:34

【摘要】：5052铝合金有高的可塑性和良好的焊接性的防锈合金,是广泛用于航空和轨道交通领域用轻量化材料。对于铝合金连接技术而言,它减少了其他焊接方法在焊接过程中存在的气孔、裂纹、不环保、接头率下降、焊接变形大、需要焊丝填充、接头不美观等问题,而搅拌摩擦焊可以有效的解决这些问题。论文选取2mm厚5052铝合金,采用不同的焊接速度和旋转速度的工艺参数进行搅拌摩擦焊连接。焊接采用的搅拌头轴肩尺寸为12mm,搅拌针为圆台形(截头锥形)、螺纹右旋。针对旋转速度和焊接速度的变化,在焊接过程中采用下压量为0.1mm,焊针倾斜2.5°的固定参数,选取大范围的以旋转速度和焊接速度为变量的工艺参数进行焊接。通过OM、SEM、EDS、硬度试验和拉伸试验等技术手段对其工艺参数、微观组织及性能之间的关系进行系统研究,探索焊接工艺参数与接头组织和性能的相关性。为5052铝合金搅拌摩擦焊焊接工艺参数提供参考。研究结果表明:本文2mm厚5052铝合金搅拌摩擦焊接头组织划分为3个区域:焊核区、过渡区、母材区。焊核区为细小的等轴再结晶组织;过渡区较窄,分为热机影响区和热影响区,热机影响区为拉长变形的纤维状组织,热影响区组织则只受焊接热循环的影响发生长大但与母材组织相似;母材区不受影响为原始组织;前进侧过渡区宽度相比于后退侧过渡区而言较窄。在旋转速度为1200rpm时,焊接速度分别为120mm/min、240mm/min、360mm/min、480mm/min和600mm/min时焊接区的晶粒,为细小的等轴晶,平均晶粒尺寸分别为10.8μm、10.1μm、9.3μm、8.2μm和7.6μm。晶粒尺寸变化规律为:在固定旋转速度时,焊接区的动态再结晶晶粒尺寸会随着焊接速度的增加而减小。在焊接速度为240mm/min时,旋转速度分别为600rpm、800rpm、1000rpm和1200rpm时焊接区的晶粒,为细小的等轴晶,平均晶粒尺寸分别为8.1μm、9.2μm、9.6μm和10.1μm。晶粒尺寸变化规律为:在固定焊接速度时,焊接区的动态再结晶晶粒尺寸会随着旋转速度的增加而增大。焊缝硬度呈“w”形分布,焊接区硬度略低于母材,热影响区硬度最低,显微硬度主要由晶粒尺寸和位错密度决定,硬度与晶粒尺寸成反比关系,由于热影响区晶粒尺寸最大,硬度值则最低。母材室温抗拉强度为245Mpa,伸长率为9.0%,搅拌摩擦焊接头的力学性能相比母材而言均有所下降,搅拌摩擦焊的最佳工艺参数为:当旋转速度为1200rpm、焊接速度为600mm/min时,搅拌摩擦焊焊接接头的室温抗拉强度可达216Mpa,可达母材强度245MPa的88.16%,伸长率为6.7%。搅拌摩擦焊接可以实现2mm厚5052铝合金的固态连接且焊接工艺参数范围较大,在旋转速度为1200rpm、焊接速度为600mm/min时,可获得性能优良的接头。
【图文】：

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西南大学硕士学位论文，而搅拌摩擦焊可以有效的解决这些问题。搅拌摩擦焊概述搅拌摩擦焊的原理固相连接技术搅拌摩擦焊(Friction Stir Welding，简称 FSW)由英国焊接I)在 1991 年发明的。搅拌摩擦焊（FSW）的焊接材料未经历融化过程，材料和轴肩以及搅拌针之间的摩擦和搅拌，使被焊材料产生塑性形变，热塑性流动的状态，完全由焊缝材料通过相互扩散和动态再结晶来完成。即搅拌摩擦焊焊接主要由搅拌焊头的旋转、插入、热塑化和移动焊接成，，其焊接过程如图 1-1 所示。搅拌摩擦焊是一种焊接变形小、焊接综合、操作简便、搅拌焊头自身消耗小、绿色环保的固态焊接方法[18]。

示意图,搅拌摩擦焊,焊接方向,示意图

厚 5052 铝合金板，采用英国阿郎公司台式光谱分析析，其化学成分如表 2-1 所示，其性能分别如 2-2成尺寸为 2 mm×120 mm×200mm 板以便沿垂直接示意图如图 2-1 所示。表 2-1 5052 铝合金的成分（质量分数，%）ble. 2-1 Chemical composition of 5052 aluminum alloys (wtFe Mn Mg Cr Zn 0.229 0.012 2.469 0.1842 0.0116 表 2-2 5052 铝合金的力学性能Table. 2-2 Mechanical property of 5052 aluminum alloys度（mm）室温抗拉强度（Mpa）室温屈服强度（Mpa2 245 210
【学位授予单位】：西南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TG457.14

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