6061-T6铝合金薄板高转速搅拌摩擦焊接工艺研究

发布时间：2020-04-06 12:00

【摘要】：6061-T6铝合金属于中等强度材料,韧性较好,具有良好的塑性和耐蚀性,在建筑、交通、航天、兵器等行业得到了广泛应用。但是因铝合金自身的焊接性问题,采用常规的焊接方法会产生气孔、夹渣、裂纹等缺陷。尤其是铝合金薄板,热输入难以控制且焊后变形严重。针对该问题,本文采用不同形貌的搅拌头、不同的焊接工艺对1mm厚6061-T6铝合金薄板进行了高转速搅拌摩擦焊接试验,对焊接接头的表面成型、焊缝晶粒组织形貌及形变程度、接头力学性能和搅拌头受力情况进行了分析。搅拌头外形对焊接质量的影响结果表明:四棱台型搅拌针设计的搅拌头得到的焊接接头质量要明显优于四棱柱型和圆台型搅拌针设计的搅拌头。且在旋转速度为11000rpm、焊接速度为300mm/min、轴肩下压量为0.05mm时能够获得最优的焊接质量,其抗拉强度可达母材的87.2%,焊缝各区硬度值较高且分布均匀,焊缝横截面整体呈现“扁T”形,热机影响区、热影响区较窄,焊核区晶粒组织致密,未发现明显的“S曲线”。搅拌头锥度对焊接质量的影响结果表明:搅拌针侧面与轴肩之间的夹角为110°的棱台型搅拌头体积适中,搅拌作用较强,接头焊核区不易出现“S曲线”,且焊接工艺窗口较宽,机械性能最优。搅拌针侧面与轴肩之间的夹角为100°的棱台型搅拌头体积最大,搅拌作用最强,接头焊核区未出现“S曲线”,但是焊缝组织结合不够致密,机械性能最差。搅拌针侧面与轴肩之间的夹角为120°和130°的棱台型搅拌头体积较小,搅拌作用较弱,得到的焊缝表面成型较好但是焊核区存在“S曲线”,焊缝致密度稍差且整体硬度值和抗拉强度稍低。前进阻力检测分析结果表明:当主轴旋转速度为11000rpm,其他焊接参数不变的情况下,随着焊接速度的提高,搅拌头所受前进阻力也逐渐增大,稳定焊接阶段一般在40到60N之间波动。当焊接速度过快,达到500mm/min时,焊接接头出现沟槽缺陷,搅拌头所受前进阻力峰值达到100N,振荡幅度较大且振荡频率较高。当焊接速度为300mm/min,其他焊接参数不变的情况下,随着主轴旋转速度的提高,搅拌头所受前进阻力稍有减小。当主轴旋转速度达到13000rpm时,焊接接头出现飞边甚至沟槽缺陷,搅拌头所受前进阻力振荡幅度较大且振荡频率较高。焊缝组织EBSD分析结果显示:高转速条件下焊缝各区组织形变程度差异较大。热影响区以变形态组织为主,其中小角度晶界所占比例为50%,晶粒平均尺寸为16.9μm;热机影响区同时存在亚晶结构和再结晶组织,晶粒大小、形态很不均匀,既有等轴晶,也有拉长的带状组织,小角度晶界所占比例为23.3%,该区域晶粒平均尺寸为10.2μm;焊核区金属在搅拌头高速搅拌作用下发生剧烈塑性变形及动态再结晶,晶粒组织主要为细小的等轴晶,平均尺寸为9.3μm,以大角度晶界为主,小角度晶界所占比例明显降低,仅占20.1%,远低于常规搅拌摩擦焊。
【学位授予单位】：江苏科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TG453.9

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本文编号：2616482