铝镁异种金属搅拌摩擦搭接焊疲劳断裂行为研究
发布时间：2022-01-13 18:58
目前,搅拌摩擦搭接结构件被广泛应用于交通运输、航空航天、军事等领域。然而,由于搭接结构件在实际服役过程中不可避免的承受循环载荷,影响了工件的使用寿命,所以对搭接接头疲劳性能进行评定至关重要。本文通过搅拌摩擦搭接焊（Friction stir lap welding,FSLW）实验,得到宏观表面和内部组织均无缺陷的铝镁搭接接头。采用光学显微镜、扫描电镜和电子背散射电子衍射等分析方法对铝镁异种金属搭接接头的组织形貌、金属间化合物、微观织构及平均Schmid因子等微观组织进行了表征,并对搭接接头的显微硬度、剪切性能、疲劳性能和疲劳裂纹扩展过程进行了测试与评价。本文得到的主要结论如下:在FSLW过程中,在搅拌针的搅拌与轴肩的挤压作用下,AZ31镁合金平均晶粒尺寸由32μm细化到8μm;7055铝合金平均晶粒尺寸由28μm细化到2μm。在搭接界面处可以观察到金属间化合物如Mg17Al12、Al3Mg2、Al2Cu等的分布。镁合金侧微观织构产生了显著地各向异性,极密度增强。铝合金侧微观织构...
【文章来源】：西安建筑科技大学陕西省
【文章页数】：73 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
Mg-Al系二元相图[17]
西安建筑科技大学硕士学位论文4通过上述分析可知，虽然铝镁金属连接有很多优点，然而，采用传统的焊接方法，不可避免地会产生脆性金属间化合物Mg17Al12和Al3Mg2。因此铝-镁金属的连接强度显著恶化。因此需要采用一种新的焊接方法来实现铝镁金属的连接，从而促进铝镁金属在工业领域的广泛使用。1.3搅拌摩擦焊搅拌摩擦焊（Frictionstirwelding,FSW）是由英国焊接学会1991年发明的一种固相焊接技术[28]。在FSW实验之前，将待焊接的工件固定，并且将具有搅拌针和轴肩的非消耗工具高速旋转插入工件中，当轴肩与工件表面接触时，由工件和搅拌工具之间的摩擦产生的热量使金属材料处于热塑性状态。搅拌工具沿预定的方向运行以完成焊接过程[29]。搅拌头的一个很重要的特征是：搅拌针位于搅拌头的底部，其长度略小于板的厚度。在该过程中产生的热量通过旋转工具和工件材料的塑性变形来实现。这种局部加热使工件在达到塑性变形之前软化，焊接工具的旋转与移动使得软化的金属从搅拌头的前端移动到后端，在这个过程中，一个固相的焊接接头产生。FSW过程示意图如图1.2所示[30]。图1.2FSW原理示意图[31]Fig.1.2TheschematicdiagramofFSW[31]在轻合金的焊接过程中，与其它焊接技术相比，FSW技术具有许多优点，如表1.2所示：
西安建筑科技大学硕士学位论文6图1.3FSLW原理示意图[34]Fig.1.3TheschematicdiagramofFSLW[34]在FSLW工艺中，除了搅拌针驱动材料外，轴肩将AS材料带动到RS，因此，AS材料流动模式与RS不同。在焊接过程中，上板和下板的重叠界面会在AS与RS中发生不同的弯曲变形，通常我们将AS与RS的搭接界面向上或向下弯曲的形貌称为钩状缺陷（hook缺陷）[35,36]。通过研究发现，弯曲的搭接界面可以改变有效板厚（Effectivesheetthickness,EST）与有效连接宽度（Effectivelapwidth,ELW），其对搭接接头的剪切性能有显著地影响。EST是指hook缺陷距离上板的表面或下板表面的最小值[37]。ELW是指AS侧hook起始端与RS侧hook起始端的最小距离[38]。图1.4FSLW钩状缺陷示意图[39]Fig.1.4SchematicdiagramofFSLWjointhookdefect[39]1.4.2研究现状目前，国内外学者通过选择合适的焊接方法和优化工艺来控制hook缺陷的形
【参考文献】：
期刊论文
[1]铝合金搅拌摩擦焊在NASA的研究与应用[J]. 于海静,白志富,王国庆,赵衍华. 航天制造技术. 2019(01)
[2]镁合金搅拌摩擦焊接的研究现状与展望[J]. 马宗义,商乔,倪丁瑞,肖伯律. 金属学报. 2018(11)
[3]铝/镁搅拌摩擦焊-钎焊焊接接头微观组织结构[J]. 刘浩,陈玉华,陈超. 精密成形工程. 2018(05)
[4]5A90铝锂合金搅拌摩擦搭接焊接头组织与性能分析[J]. 高恩志,王杰,李作成,孔德成,刘春忠. 热加工工艺. 2018(11)
[5]钛/铝异质金属搅拌摩擦焊技术研究进展[J]. 黄永宪,吕宗亮,万龙,孟祥晨,曹健. 航空学报. 2018(11)
[6]镁合金AZ31/Zn-7Al/铝合金6061接触反应钎焊研究[J]. 耿明,张临琳,张力,隋燕都. 电焊机. 2018(03)
[7]搅拌摩擦焊辅助Al/Zn/Mg接头扩散连接[J]. 金玉花,甘瑞根,陈飞,邵庆丰,王希靖,郭廷彪. 材料工程. 2018(03)
[8]汽车轻量化先进焊接技术研究进展[J]. 李报,陈思杰,赵丕峰. 热加工工艺. 2018(03)
[9]铝镁异种金属焊接性能研究[J]. 李忠豹,宫颖. 热处理技术与装备. 2017(06)
[10]汽车结构轻量化的研究与进展[J]. 赵晓东,穆希辉,杜峰坡,郭浩亮,陈建华. 现代制造工程. 2017(10)
博士论文
[1]挤压AZ31B镁合金及纯镁疲劳裂纹扩展研究[D]. 郑三龙.浙江工业大学 2013
硕士论文
[1]AZ31Mg/6061Al合金搅拌摩擦搭接焊焊接接头组织与性能的研究[D]. 席小鹏.西安建筑科技大学 2018
[2]超声作用下的Al/Ti异种材料搅拌摩擦搭接焊工艺研究[D]. 张哲.沈阳航空航天大学 2018
[3]铝镁异种金属熔焊工艺及机理研究[D]. 蔡灿.南京理工大学 2017
[4]变形速率对镁合金变形行为的影响及退孪生的研究[D]. 张荣.西安工业大学 2016
[5]单个拉伸过载下金属材料疲劳裂纹扩展行为的研究[D]. 李晓宇.合肥工业大学 2015
[6]AZ31B镁合金电子束焊接接头组织及疲劳断裂行为的研究[D]. 马征征.太原理工大学 2014
[7]搭接非熔透激光焊接不锈钢车体板材疲劳性能研究[D]. 夏海涛.北京交通大学 2014
[8]Al-Zn-Mg合金焊接接头疲劳裂纹萌生特性研究[D]. 王林森.哈尔滨工业大学 2011
[9]金属材料疲劳强度影响因素的研究[D]. 梁旭.东北大学 2009
[10]异种金属镁合金和铝合金熔焊工艺研究[D]. 柳绪静.大连理工大学 2007
本文编号：3586973
【文章来源】：西安建筑科技大学陕西省
【文章页数】：73 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
Mg-Al系二元相图[17]
西安建筑科技大学硕士学位论文4通过上述分析可知，虽然铝镁金属连接有很多优点，然而，采用传统的焊接方法，不可避免地会产生脆性金属间化合物Mg17Al12和Al3Mg2。因此铝-镁金属的连接强度显著恶化。因此需要采用一种新的焊接方法来实现铝镁金属的连接，从而促进铝镁金属在工业领域的广泛使用。1.3搅拌摩擦焊搅拌摩擦焊（Frictionstirwelding,FSW）是由英国焊接学会1991年发明的一种固相焊接技术[28]。在FSW实验之前，将待焊接的工件固定，并且将具有搅拌针和轴肩的非消耗工具高速旋转插入工件中，当轴肩与工件表面接触时，由工件和搅拌工具之间的摩擦产生的热量使金属材料处于热塑性状态。搅拌工具沿预定的方向运行以完成焊接过程[29]。搅拌头的一个很重要的特征是：搅拌针位于搅拌头的底部，其长度略小于板的厚度。在该过程中产生的热量通过旋转工具和工件材料的塑性变形来实现。这种局部加热使工件在达到塑性变形之前软化，焊接工具的旋转与移动使得软化的金属从搅拌头的前端移动到后端，在这个过程中，一个固相的焊接接头产生。FSW过程示意图如图1.2所示[30]。图1.2FSW原理示意图[31]Fig.1.2TheschematicdiagramofFSW[31]在轻合金的焊接过程中，与其它焊接技术相比，FSW技术具有许多优点，如表1.2所示：
西安建筑科技大学硕士学位论文6图1.3FSLW原理示意图[34]Fig.1.3TheschematicdiagramofFSLW[34]在FSLW工艺中，除了搅拌针驱动材料外，轴肩将AS材料带动到RS，因此，AS材料流动模式与RS不同。在焊接过程中，上板和下板的重叠界面会在AS与RS中发生不同的弯曲变形，通常我们将AS与RS的搭接界面向上或向下弯曲的形貌称为钩状缺陷（hook缺陷）[35,36]。通过研究发现，弯曲的搭接界面可以改变有效板厚（Effectivesheetthickness,EST）与有效连接宽度（Effectivelapwidth,ELW），其对搭接接头的剪切性能有显著地影响。EST是指hook缺陷距离上板的表面或下板表面的最小值[37]。ELW是指AS侧hook起始端与RS侧hook起始端的最小距离[38]。图1.4FSLW钩状缺陷示意图[39]Fig.1.4SchematicdiagramofFSLWjointhookdefect[39]1.4.2研究现状目前，国内外学者通过选择合适的焊接方法和优化工艺来控制hook缺陷的形
【参考文献】：
期刊论文
[1]铝合金搅拌摩擦焊在NASA的研究与应用[J]. 于海静,白志富,王国庆,赵衍华. 航天制造技术. 2019(01)
[2]镁合金搅拌摩擦焊接的研究现状与展望[J]. 马宗义,商乔,倪丁瑞,肖伯律. 金属学报. 2018(11)
[3]铝/镁搅拌摩擦焊-钎焊焊接接头微观组织结构[J]. 刘浩,陈玉华,陈超. 精密成形工程. 2018(05)
[4]5A90铝锂合金搅拌摩擦搭接焊接头组织与性能分析[J]. 高恩志,王杰,李作成,孔德成,刘春忠. 热加工工艺. 2018(11)
[5]钛/铝异质金属搅拌摩擦焊技术研究进展[J]. 黄永宪,吕宗亮,万龙,孟祥晨,曹健. 航空学报. 2018(11)
[6]镁合金AZ31/Zn-7Al/铝合金6061接触反应钎焊研究[J]. 耿明,张临琳,张力,隋燕都. 电焊机. 2018(03)
[7]搅拌摩擦焊辅助Al/Zn/Mg接头扩散连接[J]. 金玉花,甘瑞根,陈飞,邵庆丰,王希靖,郭廷彪. 材料工程. 2018(03)
[8]汽车轻量化先进焊接技术研究进展[J]. 李报,陈思杰,赵丕峰. 热加工工艺. 2018(03)
[9]铝镁异种金属焊接性能研究[J]. 李忠豹,宫颖. 热处理技术与装备. 2017(06)
[10]汽车结构轻量化的研究与进展[J]. 赵晓东,穆希辉,杜峰坡,郭浩亮,陈建华. 现代制造工程. 2017(10)
博士论文
[1]挤压AZ31B镁合金及纯镁疲劳裂纹扩展研究[D]. 郑三龙.浙江工业大学 2013
硕士论文
[1]AZ31Mg/6061Al合金搅拌摩擦搭接焊焊接接头组织与性能的研究[D]. 席小鹏.西安建筑科技大学 2018
[2]超声作用下的Al/Ti异种材料搅拌摩擦搭接焊工艺研究[D]. 张哲.沈阳航空航天大学 2018
[3]铝镁异种金属熔焊工艺及机理研究[D]. 蔡灿.南京理工大学 2017
[4]变形速率对镁合金变形行为的影响及退孪生的研究[D]. 张荣.西安工业大学 2016
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[9]金属材料疲劳强度影响因素的研究[D]. 梁旭.东北大学 2009
[10]异种金属镁合金和铝合金熔焊工艺研究[D]. 柳绪静.大连理工大学 2007
本文编号：3586973
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