6082铝合金超厚板搅拌摩擦焊温度场及接头组织与性能研究
发布时间：2021-03-21 05:46
搅拌摩擦焊是一种新型高效的铝合金连接技术,近年来被广泛的应用于轨道客车铝合金车体的制造。目前,对于搅拌摩擦焊焊接大厚板铝合金的研究还比较少,而且大都局限于厚度在35 mm以下的铝合金。然而,许多实际工程应用中很多零部件的厚度远大于35 mm,例如,新一代标准动车组的车钩座厚度达到80mm,这种情况下薄板搅拌摩擦焊研究的理论基础对厚板焊接并不适用,因此开展大厚板铝合金搅拌摩擦焊的实验研究具有重要的理论价值和工程意义。本文选取轨道客车生产中常用的80 mm厚6082-T4铝合金,采用搅拌摩擦双面焊接的方法对其进行连接,焊后进行180℃×5 h的人工时效处理。研究了超厚板铝合金搅拌摩擦焊接头沿焊缝厚度方向上的温度梯度变化及其对各个区域组织结构、力学性能影响。研究结果表明,超厚板铝合金搅拌摩擦焊接头沿厚度方向上的温度梯度存在明显差异,距离母材上表面越近温度越高,反之则温度越低。超厚板铝合金FSW接头分为五个区域,即WNZ1-3（焊核区）、TMAZ（热机械影响区）、HAZTMAZ（靠近热机械影响区一侧的热影响区）、HAZBM（靠近母材区一侧的热影响区）...
【文章来源】：长春工业大学吉林省
【文章页数】：81 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
mm厚6063铝合金搅拌摩擦焊热循环温度曲线[30]
第1章绪论7WNZ，TMAZ和HAZ中的晶粒尺寸明显低于正常接头。外部冷却可最大限度地减少焊接接头的软化程度，并减小HAZ和TMAZ的宽度。当前的试验研究表明，水冷却是一种更好的外部冷却方法，该方法下WNZ中Mg元素的溶解最小，导致7039铝合金的搅拌摩擦焊接头具有更好的机械性能。Sato[30]等人还通过透射电子显微镜（TEM）和取向成像显微镜（OIM）表征了6mm厚的可热处理强化6063铝合金搅拌摩擦焊接头的微观结构。结合焊接热循环温度曲线得出结论：各个区域由于温度的差异产生的沉淀相不同，图1.2所示为不同温度下6063铝合金搅拌摩擦焊过程中沉淀相的析出序列。Sato认为热影响区中长度为40nm的针状沉淀相的溶解和长度为200nm的棒状沉淀相的粗化导致焊缝软化。图1.26063铝合金搅拌摩擦焊过程中的析出序列示意图[30]Fig1.2Precipitationsequencediagramof6063aluminumalloyduringfrictionstirweldingGallais[38]等人研究了两种初始条件（T4和T78）下6mm厚的6056铝合金搅拌摩擦焊接头的微观组织演变及其对硬度的影响。差示扫描量热分析结果表明T4态焊缝热影响区中的位错和弥散体上发生明显的非均匀沉淀（Q相（Al5Cu2Mg8Si6）），导致焊接后基体过饱和度显着降低，而T78态焊缝热影响区则表现为初始硬化沉淀物的粗化和溶解。同时，为了更好地理解工艺参数（尤其是焊接热循环），微观结构演变和硬化之间的关系，建立了基于沉淀和硬化的物理模型。任志远[39]等人对2.2mm厚的5052-H32铝合金薄板进行搅拌摩擦焊焊接，并对接头组织、性能进行分析。转速为700r／min、焊速为150mm／min时，接头性能最好，该条件下焊核区晶粒尺寸仅为17μm，小于母材晶粒的l/2。
第1章绪论9图1.3搅拌针下扎过程中不同旋转速度下的焊接热循环曲线[42]（a）300rpm和400rpm（b）300rpm和600rpmFig1.3Weldingthermalcyclecurvesatdifferentrotationspeedsduringstirringofthestirringpin[42](a)300rpmand400rpm(b)300rpmand600rpm图1.4稳定焊接期间不同焊接参数下的焊接热循环曲线[42]（a）不同的旋转速度（焊接速度为80mm/min）;（b）不同的焊接速度（旋转速度为600rmp/min）Fig1.4Weldingthermalcyclecurveunderdifferentweldingparametersduringstablewelding[42](a)Differentrotationspeed(weldingspeedis80mm/min);(b)Differentweldingspeed(rotationspeedis600rmp/min)罗维[43]采用不同的焊接速度分别对22mm和60mm厚的6061-T6铝合金进行搅拌摩擦焊温度场的模拟。研究发现，焊接速度对焊接过程中的温度变化有重要影响。对于60mm铝合金的搅拌摩擦焊接而言，轴肩对焊核区上部温度场分布的影响较大，随着焊缝深度的增加，轴肩产热的影响逐渐减小，对温度场分布的影响也随之减小；而搅拌针主要对焊核区底部温度场分布起主要作用。对比22mm和60mm的温度场分布情况发现，两种厚度下，温度值最高的位置均为轴肩和搅拌针连接的部位；待焊区域的温度明显低于已焊区域的温度，且待焊区域的温度梯度相差大，已焊区域的温度梯度相差校此外，两种厚度下的温度场也存在明显的不同，60mm厚的温度场的
本文编号：3092445
【文章来源】：长春工业大学吉林省
【文章页数】：81 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
mm厚6063铝合金搅拌摩擦焊热循环温度曲线[30]
第1章绪论7WNZ，TMAZ和HAZ中的晶粒尺寸明显低于正常接头。外部冷却可最大限度地减少焊接接头的软化程度，并减小HAZ和TMAZ的宽度。当前的试验研究表明，水冷却是一种更好的外部冷却方法，该方法下WNZ中Mg元素的溶解最小，导致7039铝合金的搅拌摩擦焊接头具有更好的机械性能。Sato[30]等人还通过透射电子显微镜（TEM）和取向成像显微镜（OIM）表征了6mm厚的可热处理强化6063铝合金搅拌摩擦焊接头的微观结构。结合焊接热循环温度曲线得出结论：各个区域由于温度的差异产生的沉淀相不同，图1.2所示为不同温度下6063铝合金搅拌摩擦焊过程中沉淀相的析出序列。Sato认为热影响区中长度为40nm的针状沉淀相的溶解和长度为200nm的棒状沉淀相的粗化导致焊缝软化。图1.26063铝合金搅拌摩擦焊过程中的析出序列示意图[30]Fig1.2Precipitationsequencediagramof6063aluminumalloyduringfrictionstirweldingGallais[38]等人研究了两种初始条件（T4和T78）下6mm厚的6056铝合金搅拌摩擦焊接头的微观组织演变及其对硬度的影响。差示扫描量热分析结果表明T4态焊缝热影响区中的位错和弥散体上发生明显的非均匀沉淀（Q相（Al5Cu2Mg8Si6）），导致焊接后基体过饱和度显着降低，而T78态焊缝热影响区则表现为初始硬化沉淀物的粗化和溶解。同时，为了更好地理解工艺参数（尤其是焊接热循环），微观结构演变和硬化之间的关系，建立了基于沉淀和硬化的物理模型。任志远[39]等人对2.2mm厚的5052-H32铝合金薄板进行搅拌摩擦焊焊接，并对接头组织、性能进行分析。转速为700r／min、焊速为150mm／min时，接头性能最好，该条件下焊核区晶粒尺寸仅为17μm，小于母材晶粒的l/2。
第1章绪论9图1.3搅拌针下扎过程中不同旋转速度下的焊接热循环曲线[42]（a）300rpm和400rpm（b）300rpm和600rpmFig1.3Weldingthermalcyclecurvesatdifferentrotationspeedsduringstirringofthestirringpin[42](a)300rpmand400rpm(b)300rpmand600rpm图1.4稳定焊接期间不同焊接参数下的焊接热循环曲线[42]（a）不同的旋转速度（焊接速度为80mm/min）;（b）不同的焊接速度（旋转速度为600rmp/min）Fig1.4Weldingthermalcyclecurveunderdifferentweldingparametersduringstablewelding[42](a)Differentrotationspeed(weldingspeedis80mm/min);(b)Differentweldingspeed(rotationspeedis600rmp/min)罗维[43]采用不同的焊接速度分别对22mm和60mm厚的6061-T6铝合金进行搅拌摩擦焊温度场的模拟。研究发现，焊接速度对焊接过程中的温度变化有重要影响。对于60mm铝合金的搅拌摩擦焊接而言，轴肩对焊核区上部温度场分布的影响较大，随着焊缝深度的增加，轴肩产热的影响逐渐减小，对温度场分布的影响也随之减小；而搅拌针主要对焊核区底部温度场分布起主要作用。对比22mm和60mm的温度场分布情况发现，两种厚度下，温度值最高的位置均为轴肩和搅拌针连接的部位；待焊区域的温度明显低于已焊区域的温度，且待焊区域的温度梯度相差大，已焊区域的温度梯度相差校此外，两种厚度下的温度场也存在明显的不同，60mm厚的温度场的
本文编号：3092445
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