铝/不锈钢搅拌摩擦搭接焊及加中间层锌的钎搭接研究
发布时间：2021-04-08 18:20
本文利用搅拌摩擦焊接技术,实现铝合金与不锈钢的良好搭接。实验主要分为两大类,第一类是实现2mm的2A70铝合金板与2mm的316不锈钢板的搅拌摩擦搭接,第二类是在2mm的2A70铝合金板和2mm的316不锈钢板之间加入0.1mm和0.3mm的锌层实现“三明治”的焊接结构达到连接铝合金与不锈钢的目的。在进行铝/钢搅拌摩擦搭接时,研究了焊接工艺参数对焊缝表面形貌的影响规律,在此基础上选取合适的参数着重研究了搅拌头下压量对焊缝横截面形貌、微观结构的影响并论述了焊接过程中的材料流动行为。由于搅拌针扎入不锈钢,铝合金侧有不锈钢颗粒存在,焊缝界面也存在Hook钩并起到对焊缝机械互锁的作用。焊后通过扫描电镜观察发现焊缝界面存在中间层,且中间层厚度与焊接热输入呈正相关。经过X射线衍射仪的物相分析确定中间层成分主要为Fe2Al5。通过力学性能检测发现在焊接参数:n=1200r/min,v=40mm/min,d=0.3mm下取得最大的剪切强度。金属间化合物层是焊缝的薄弱环节。对焊缝横截面硬度进行的测试表面,铝合金不同区域的晶粒尺寸不同造成各个区域硬度不同。靠近表面的铝合金硬度最高。而不锈钢在靠近焊缝界面处...
【文章来源】：南京航空航天大学江苏省 211工程院校
【文章页数】：77 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
FSW工作原理示意图
在选择制作搅拌头的材料时要综合考虑各个方面。首先要必须保障搅拌头有较长的使用寿命，因此选材时要综合考虑材料的各个方面的性能如：热强性、耐冲击和耐磨损性、抗蠕变与抗氧化性、热传导性、易加工性等。此外要避免选择会与被焊材料发生反应的材料，否则可能导致焊接过程中产生金属间化合物、低熔点共晶和沉淀相。这些物相的形成一方面会影响焊接质量的控制，另一方面会对搅拌头产生破坏。一般而言，对于铝合金、镁合金等低熔点金属材料可采用工模具钢制作搅拌头。而对于诸如铜合金、钛合金、钢和镍基合金等高熔点金属的搅拌摩擦焊接，大部分采用具有高熔点和耐磨性优良的 WC-Co 材料制作。搅拌头主要分为两部分：轴肩与搅拌针。在进行焊接时，焊接过程的热量来源不止一处，而轴肩的摩擦产热为主要贡献者。此外轴肩作用不拘于提供热量，还在防止塑性材料的溢出以及清除被焊工件表面氧化膜[22]等方面扮演重要角色。随着国内外研究的开展，轴肩由平面肩这一单一形式逐渐发展出了多种形式如图所示。现已有凹面形状、同心圆环槽和涡状线等形式。在轴肩设计过程中要充分考虑到轴肩的尺寸的影响。若轴肩的直径过大则会增大焊接区域面积进而增大搅拌头前进时的阻力，这会影响到材料的流动性。但轴肩直径过小时则产生的热量不足，搅拌头移动时产生的侧向挤压力过小从而会降低焊缝的致密性进而产生空洞、沟槽等缺陷[23-25]。
铝/不锈钢搅拌摩擦搭接焊及加中间层锌的钎搭接研究的作用。搅拌针的尺寸决定了焊核区在焊缝中的大小及焊接质量；而搅着焊缝区域材料的流动形式，对接头成型产生重要影响。搅拌针形状设接缺陷。由于搅拌针对焊接质量扮演的重要角色，很多研究人员对搅拌搅拌针形状会有不同的材料流动模型[26-34]。(a) (b) (c)
【参考文献】：
期刊论文
[1]搅拌摩擦焊接与加工研究进展[J]. 薛鹏,张星星,吴利辉,马宗义. 金属学报. 2016(10)
[2]LF6铝合金与不锈钢异种金属惯性摩擦焊工艺技术研究[J]. 赵衍华,张丽娜,孙秀京,刘敏,何胜春. 宇航材料工艺. 2016(05)
[3]搅拌摩擦加工对Sn9Zn合金组织与性能的影响[J]. 李震,侯守明. 制造技术与机床. 2016(10)
[4]聚四氟乙烯对搅拌摩擦加工制备Al-Ni复合材料均匀性的影响[J]. 王承剑,黄春平,夏春,张海军,柯黎明,刘奋成. 稀有金属材料与工程. 2016(09)
[5]汽车用铝合金/钢扩散焊接试验研究[J]. 张传慧. 轻合金加工技术. 2016(05)
[6]钢搅拌摩擦焊接及加工研究进展[J]. 李艺君,付瑞东. 机械工程学报. 2015(22)
[7]搅拌摩擦焊技术在中国的发展和推广应用[J]. 栾国红,郭德伦. 航空制造技术. 2014(17)
[8]铝/钢异种金属焊接接头界面Al-Fe金属间化合物生成及其热力学分析[J]. 黄健康,何翠翠,石玗,樊丁. 吉林大学学报(工学版). 2014(04)
[9]铝钢焊接界面金属间化合物形成的热力学分析[J]. 石玗,何翠翠,黄健康,樊丁. 兰州理工大学学报. 2013(04)
[10]搅拌摩擦焊技术专利状况分析[J]. 张建升,容淦,谭南,李海丽,张占江,张华山. 国防制造技术. 2013(01)
博士论文
[1]搅拌摩擦焊接镁合金微区织构、力学性能与断裂机制[D]. 刘德佳.重庆大学 2014
硕士论文
[1]铝合金搅拌摩擦焊接头残余应力测试及数值模拟[D]. 蒋笑.江苏科技大学 2015
本文编号：3126026
【文章来源】：南京航空航天大学江苏省 211工程院校
【文章页数】：77 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
FSW工作原理示意图
在选择制作搅拌头的材料时要综合考虑各个方面。首先要必须保障搅拌头有较长的使用寿命，因此选材时要综合考虑材料的各个方面的性能如：热强性、耐冲击和耐磨损性、抗蠕变与抗氧化性、热传导性、易加工性等。此外要避免选择会与被焊材料发生反应的材料，否则可能导致焊接过程中产生金属间化合物、低熔点共晶和沉淀相。这些物相的形成一方面会影响焊接质量的控制，另一方面会对搅拌头产生破坏。一般而言，对于铝合金、镁合金等低熔点金属材料可采用工模具钢制作搅拌头。而对于诸如铜合金、钛合金、钢和镍基合金等高熔点金属的搅拌摩擦焊接，大部分采用具有高熔点和耐磨性优良的 WC-Co 材料制作。搅拌头主要分为两部分：轴肩与搅拌针。在进行焊接时，焊接过程的热量来源不止一处，而轴肩的摩擦产热为主要贡献者。此外轴肩作用不拘于提供热量，还在防止塑性材料的溢出以及清除被焊工件表面氧化膜[22]等方面扮演重要角色。随着国内外研究的开展，轴肩由平面肩这一单一形式逐渐发展出了多种形式如图所示。现已有凹面形状、同心圆环槽和涡状线等形式。在轴肩设计过程中要充分考虑到轴肩的尺寸的影响。若轴肩的直径过大则会增大焊接区域面积进而增大搅拌头前进时的阻力，这会影响到材料的流动性。但轴肩直径过小时则产生的热量不足，搅拌头移动时产生的侧向挤压力过小从而会降低焊缝的致密性进而产生空洞、沟槽等缺陷[23-25]。
铝/不锈钢搅拌摩擦搭接焊及加中间层锌的钎搭接研究的作用。搅拌针的尺寸决定了焊核区在焊缝中的大小及焊接质量；而搅着焊缝区域材料的流动形式，对接头成型产生重要影响。搅拌针形状设接缺陷。由于搅拌针对焊接质量扮演的重要角色，很多研究人员对搅拌搅拌针形状会有不同的材料流动模型[26-34]。(a) (b) (c)
【参考文献】：
期刊论文
[1]搅拌摩擦焊接与加工研究进展[J]. 薛鹏,张星星,吴利辉,马宗义. 金属学报. 2016(10)
[2]LF6铝合金与不锈钢异种金属惯性摩擦焊工艺技术研究[J]. 赵衍华,张丽娜,孙秀京,刘敏,何胜春. 宇航材料工艺. 2016(05)
[3]搅拌摩擦加工对Sn9Zn合金组织与性能的影响[J]. 李震,侯守明. 制造技术与机床. 2016(10)
[4]聚四氟乙烯对搅拌摩擦加工制备Al-Ni复合材料均匀性的影响[J]. 王承剑,黄春平,夏春,张海军,柯黎明,刘奋成. 稀有金属材料与工程. 2016(09)
[5]汽车用铝合金/钢扩散焊接试验研究[J]. 张传慧. 轻合金加工技术. 2016(05)
[6]钢搅拌摩擦焊接及加工研究进展[J]. 李艺君,付瑞东. 机械工程学报. 2015(22)
[7]搅拌摩擦焊技术在中国的发展和推广应用[J]. 栾国红,郭德伦. 航空制造技术. 2014(17)
[8]铝/钢异种金属焊接接头界面Al-Fe金属间化合物生成及其热力学分析[J]. 黄健康,何翠翠,石玗,樊丁. 吉林大学学报(工学版). 2014(04)
[9]铝钢焊接界面金属间化合物形成的热力学分析[J]. 石玗,何翠翠,黄健康,樊丁. 兰州理工大学学报. 2013(04)
[10]搅拌摩擦焊技术专利状况分析[J]. 张建升,容淦,谭南,李海丽,张占江,张华山. 国防制造技术. 2013(01)
博士论文
[1]搅拌摩擦焊接镁合金微区织构、力学性能与断裂机制[D]. 刘德佳.重庆大学 2014
硕士论文
[1]铝合金搅拌摩擦焊接头残余应力测试及数值模拟[D]. 蒋笑.江苏科技大学 2015
本文编号：3126026
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