超声振动对Al/Mg异种合金搅拌摩擦焊接接头组织与性能的影响
发布时间：2020-12-04 11:38
随着社会对节能减排和环境保护的要求越来越高,轻量化结构得到越来越多的应用。铝合金和镁合金异质结构具有质量轻、综合性能好等优势,在汽车、航空航天、高速列车、能源、船舶等行业具有广泛的应用前景。铝-镁异质合金的连接,接头中不可避免地生成硬脆相的铝-镁金属间化合物层,这会恶化接头的力学性能。与其他连接方法相比,虽然搅拌摩擦焊（FSW）在连接铝镁异种金属时表现出较大的优势,但常规FSW依然面临焊接载荷大、焊速低、工艺参数窗口较窄、接头铝镁结合界面上金属间化合物层厚度较大等问题。针对上述挑战,本研究将超声振动强化搅拌摩擦焊接（UVeFSW）新工艺运用于铝镁异种合金的焊接试验中;通过对比分析铝镁异种合金的FSW和UVeFSW接头组织与性能,探究超声振动对铝镁异质合金搅拌摩擦焊接过程中焊缝成形、材料流动、金属间化合物层等的影响规律。这对于揭示UVeFSW改善铝镁异种合金焊接接头组织与性能的工艺机制,推动铝镁异质结构在汽车工业中的广泛应用,无疑具有重要的理论意义与工程实用价值。在不同相对位置（铝板与镁板分别处于前进侧）、搅拌针偏移量（搅拌针偏向铝板或镁板）、焊接工艺参数以及超声输出功率时,开展了铝镁合...
【文章来源】：山东大学山东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：196 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１．１宝马１６铝镁复合材料发动机［５］??Ｆｉｇ．?１．１?ＢＭＷ?１６?ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ?Ｍｇ／Ａｌ?ｃｒａｎｋｃａｓｅ??
金属间化合物是硬脆相，易导致焊缝出现裂纹，要提高焊接接头性能，就要减少??其形成以及改变其分布形态。??图１．１宝马１６铝镁复合材料发动机［５］??Ｆｉｇ．?１．１?ＢＭＷ?１６?ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ?Ｍｇ／Ａｌ?ｃｒａｎｋｃａｓｅ??表１．２汽车用镁合金件及其型号［４］??Ｔａｂｌｅ?１．２?Ｍｇ?ａｌｌｏｙ?ｐａｒｔｓ?ａｎｄ?Ｍｇ?ａｌｌｏｙ?ｔｙｐｅｓ??部件系统?镁合金件与其型号??门框（ＡＭ５０／６０）、仪表板（ＡＭ６０Ｂ）、座椅架（ＡＭ６０Ｂ）、移动式车顶??车体系统１后掀１Ｕ门内侧（ＡＭ２０）、安全气囊外壳、加油箱盖＇车灯外壳、??＇?引擎盖、车顶板（ＡＭ５０／６０）、前置架支撑组件、车身骨架、座桥安全带零??部件、空调机外壳（ＡＺ３１Ｂ）??气冷汽车引擎（ＡＳ４１Ａ）、发动机支撑架（ＡＥ４４）、气缸盖（ＡＺ４２）、油??引擎系统泵外壳、进气歧管（ＡＺ９１ＨＰ）、气缸体（ＡＺ９１Ｄ）、油盆、阀盖、轮盖（ＡＺ９１Ｄ）、??节流阀体??传动系统織箱外壳ｄ离合器外壳（ＡＺ９１Ｄ／ＡＺ３１Ｂ）＇变速箱外壳（ＡＺ４２）、??电机支架、叶片导向器、禺合器活塞（ＡＳ４１Ａ）??底盘系统转向架（ＡＺ９１Ｄ／ＡＺ３１Ｂ）、雜夕卜壳＇方向盘（ＡＭ５（）／６（））?Ｈ刹车Ｗ??＇?及离合器踏板托架（ＡＺ９１Ｂ／ＡＺ３１Ｂ）、ＡＢＳ框架??近年来，镁铝异种金属的连接加工技术主要有：钎焊、扩散焊（ＤＷ）、激光??焊（ＬＢＷ）、电子束焊、电弧焊（ＧＴＡＷ、ＴＩＧ与ＭＩＧ）、超声波焊（ＵＳＷ）、搅??拌摩擦焊（ＦＳＷ）等。搅拌摩擦焊作为一种新型的固相连接技术，在焊接过程中，??母材不需要熔化
．，－Ａ１Ｔｓ．?Ｐｄ．?Ｐｈ＝?Ｍｇ．?Ａ１?Ｍｇ．?Ａ丨，ｎｕｏｎｅ?９００－２７０１８？?５，２．９?ｍｍ．?１０１．４－３ｌ°ｏｒ?３°?ｍｍ／ｍｉｎＰｈ＝３．８?ｍｍ?ＡＫ?Ａｌ，?Ｍｇ，?ｎｕｌｌ?７８０?ｒｐｍＭｇ?３０．５０?ｍ（ｂｅｔｔｅｒ）Ｔｓ．?Ｐｄ．?Ｐｈ＝?Ｍｇ?Ａｌ，?ｎｏｎｅ?８００?ｒｐｍ１６．６．３．７５?ｍｍ?８０?ｍｍ／使用如图１．３所示有搅拌针与没有搅拌Ｍｇ合金进行搅拌摩擦焊对接焊。发现，，所需工艺参数很严苛；而有搅拌针时候金镁合金的分布则与焊缝深度有关，在退侧，镁合金都是主要分布的金属。焊缝底部观察，在焊缝中心线周围的结?所示。??
【参考文献】：
期刊论文
[1]Improving friction stir weldability of Al/Mg alloys via ultrasonically diminishing pin adhesion[J]. Xiangchen Meng,Yanye Jin,Shude Ji,Dejun Yan. Journal of Materials Science & Technology. 2018(10)
[2]Friction stir based welding and processing technologies-processes,parameters,microstructures and applications:A review[J]. G.K.Padhy,C.S.Wu,S.Gao. Journal of Materials Science & Technology. 2018(01)
[3]Ultrasound enhanced friction stir welding of aluminum and steel:Process and properties of EN AW 6061/DC04-Joints[J]. Marco Thom?,Guntram Wagner,Benjamin Stra?,Bernd Wolter,Sigrid Benfer,Wolfram Fürbeth. Journal of Materials Science & Technology. 2018(01)
[4]Intermetallic Compounds in the Banded Structure and Their Effect on Mechanical Properties of Al/Mg Dissimilar Friction Stir Welding Joints[J]. Hui Shi,Ke Chen,Zhiyuan Liang,Fengbo Dong,Taiwu Yu,Xianping Dong,Lanting Zhang,Aidang Shan. Journal of Materials Science & Technology. 2017(04)
[5]化学镀锡层对镁铝异种金属超声波焊接的影响[J]. 崔庆波,李玉龙,杨瑾,王裕波,余啸. 材料科学与工艺. 2017(02)
[6]铝合金与镁合金直流双脉冲MIG焊接头组织与性能研究[J]. 王克鸿,朱功杰,余进. 机械制造与自动化. 2017(01)
[7]《中国制造2025》与先进焊接工艺及装备发展[J]. 陈健,苏金花,张毅梅. 焊接. 2016(03)
[8]外加能量辅助搅拌摩擦焊技术的研究进展[J]. 刘小超,武传松. 精密成形工程. 2015(05)
[9]厚板铝/镁合金红外热源辅助搅拌摩擦焊力学性能与组织分析[J]. 陈峥,刘峥. 焊接技术. 2014(09)
[10]超声振动对6061-T4铝合金搅拌摩擦焊接头组织和性能的影响[J]. 刘小超,武传松. 焊接学报. 2014(01)
博士论文
[1]基于中间层的AZ31镁合金/5052铝合金电阻点焊焊接性研究[D]. 孙梦.哈尔滨工业大学 2016
[2]异种金属镁合金和铝合金熔焊焊接性研究[D]. 柳绪静.大连理工大学 2010
硕士论文
[1]超声辅助FSW的振动施加方式与工艺实验研究[D]. 钟益斌.山东大学 2016
[2]超声振动强化搅拌摩擦焊工艺及机理的研究[D]. 刘小超.山东大学 2015
本文编号：2897536
【文章来源】：山东大学山东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：196 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１．１宝马１６铝镁复合材料发动机［５］??Ｆｉｇ．?１．１?ＢＭＷ?１６?ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ?Ｍｇ／Ａｌ?ｃｒａｎｋｃａｓｅ??
金属间化合物是硬脆相，易导致焊缝出现裂纹，要提高焊接接头性能，就要减少??其形成以及改变其分布形态。??图１．１宝马１６铝镁复合材料发动机［５］??Ｆｉｇ．?１．１?ＢＭＷ?１６?ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ?Ｍｇ／Ａｌ?ｃｒａｎｋｃａｓｅ??表１．２汽车用镁合金件及其型号［４］??Ｔａｂｌｅ?１．２?Ｍｇ?ａｌｌｏｙ?ｐａｒｔｓ?ａｎｄ?Ｍｇ?ａｌｌｏｙ?ｔｙｐｅｓ??部件系统?镁合金件与其型号??门框（ＡＭ５０／６０）、仪表板（ＡＭ６０Ｂ）、座椅架（ＡＭ６０Ｂ）、移动式车顶??车体系统１后掀１Ｕ门内侧（ＡＭ２０）、安全气囊外壳、加油箱盖＇车灯外壳、??＇?引擎盖、车顶板（ＡＭ５０／６０）、前置架支撑组件、车身骨架、座桥安全带零??部件、空调机外壳（ＡＺ３１Ｂ）??气冷汽车引擎（ＡＳ４１Ａ）、发动机支撑架（ＡＥ４４）、气缸盖（ＡＺ４２）、油??引擎系统泵外壳、进气歧管（ＡＺ９１ＨＰ）、气缸体（ＡＺ９１Ｄ）、油盆、阀盖、轮盖（ＡＺ９１Ｄ）、??节流阀体??传动系统織箱外壳ｄ离合器外壳（ＡＺ９１Ｄ／ＡＺ３１Ｂ）＇变速箱外壳（ＡＺ４２）、??电机支架、叶片导向器、禺合器活塞（ＡＳ４１Ａ）??底盘系统转向架（ＡＺ９１Ｄ／ＡＺ３１Ｂ）、雜夕卜壳＇方向盘（ＡＭ５（）／６（））?Ｈ刹车Ｗ??＇?及离合器踏板托架（ＡＺ９１Ｂ／ＡＺ３１Ｂ）、ＡＢＳ框架??近年来，镁铝异种金属的连接加工技术主要有：钎焊、扩散焊（ＤＷ）、激光??焊（ＬＢＷ）、电子束焊、电弧焊（ＧＴＡＷ、ＴＩＧ与ＭＩＧ）、超声波焊（ＵＳＷ）、搅??拌摩擦焊（ＦＳＷ）等。搅拌摩擦焊作为一种新型的固相连接技术，在焊接过程中，??母材不需要熔化
．，－Ａ１Ｔｓ．?Ｐｄ．?Ｐｈ＝?Ｍｇ．?Ａ１?Ｍｇ．?Ａ丨，ｎｕｏｎｅ?９００－２７０１８？?５，２．９?ｍｍ．?１０１．４－３ｌ°ｏｒ?３°?ｍｍ／ｍｉｎＰｈ＝３．８?ｍｍ?ＡＫ?Ａｌ，?Ｍｇ，?ｎｕｌｌ?７８０?ｒｐｍＭｇ?３０．５０?ｍ（ｂｅｔｔｅｒ）Ｔｓ．?Ｐｄ．?Ｐｈ＝?Ｍｇ?Ａｌ，?ｎｏｎｅ?８００?ｒｐｍ１６．６．３．７５?ｍｍ?８０?ｍｍ／使用如图１．３所示有搅拌针与没有搅拌Ｍｇ合金进行搅拌摩擦焊对接焊。发现，，所需工艺参数很严苛；而有搅拌针时候金镁合金的分布则与焊缝深度有关，在退侧，镁合金都是主要分布的金属。焊缝底部观察，在焊缝中心线周围的结?所示。??
【参考文献】：
期刊论文
[1]Improving friction stir weldability of Al/Mg alloys via ultrasonically diminishing pin adhesion[J]. Xiangchen Meng,Yanye Jin,Shude Ji,Dejun Yan. Journal of Materials Science & Technology. 2018(10)
[2]Friction stir based welding and processing technologies-processes,parameters,microstructures and applications:A review[J]. G.K.Padhy,C.S.Wu,S.Gao. Journal of Materials Science & Technology. 2018(01)
[3]Ultrasound enhanced friction stir welding of aluminum and steel:Process and properties of EN AW 6061/DC04-Joints[J]. Marco Thom?,Guntram Wagner,Benjamin Stra?,Bernd Wolter,Sigrid Benfer,Wolfram Fürbeth. Journal of Materials Science & Technology. 2018(01)
[4]Intermetallic Compounds in the Banded Structure and Their Effect on Mechanical Properties of Al/Mg Dissimilar Friction Stir Welding Joints[J]. Hui Shi,Ke Chen,Zhiyuan Liang,Fengbo Dong,Taiwu Yu,Xianping Dong,Lanting Zhang,Aidang Shan. Journal of Materials Science & Technology. 2017(04)
[5]化学镀锡层对镁铝异种金属超声波焊接的影响[J]. 崔庆波,李玉龙,杨瑾,王裕波,余啸. 材料科学与工艺. 2017(02)
[6]铝合金与镁合金直流双脉冲MIG焊接头组织与性能研究[J]. 王克鸿,朱功杰,余进. 机械制造与自动化. 2017(01)
[7]《中国制造2025》与先进焊接工艺及装备发展[J]. 陈健,苏金花,张毅梅. 焊接. 2016(03)
[8]外加能量辅助搅拌摩擦焊技术的研究进展[J]. 刘小超,武传松. 精密成形工程. 2015(05)
[9]厚板铝/镁合金红外热源辅助搅拌摩擦焊力学性能与组织分析[J]. 陈峥,刘峥. 焊接技术. 2014(09)
[10]超声振动对6061-T4铝合金搅拌摩擦焊接头组织和性能的影响[J]. 刘小超,武传松. 焊接学报. 2014(01)
博士论文
[1]基于中间层的AZ31镁合金/5052铝合金电阻点焊焊接性研究[D]. 孙梦.哈尔滨工业大学 2016
[2]异种金属镁合金和铝合金熔焊焊接性研究[D]. 柳绪静.大连理工大学 2010
硕士论文
[1]超声辅助FSW的振动施加方式与工艺实验研究[D]. 钟益斌.山东大学 2016
[2]超声振动强化搅拌摩擦焊工艺及机理的研究[D]. 刘小超.山东大学 2015
本文编号：2897536
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