铝—钢过渡接头界面性能及其搅拌摩擦焊工艺研究

发布时间：2017-09-15 09:57

  本文关键词：铝—钢过渡接头界面性能及其搅拌摩擦焊工艺研究

  更多相关文章： 过渡接头 焊接温度场 结合区特征 结合强度 搅拌摩擦焊

【摘要】：根据铝-钢过渡接头与船体结构的连接型式特点,本研究采用搅拌摩擦焊焊接过渡接头与船舰结构件铝板,选用目前船舰应用最广泛的铝-钛-钢过渡接头作为研究对象。探究搅拌摩擦焊焊接过程中过渡接头界面温度场的特点,并对比不同焊接方法对过渡接头界面性能的影响;同时分析了过渡接头界面及搅拌摩擦焊焊缝的性能与组织特点。过渡接头界面温度场测试结果显示,搅拌摩擦焊过程中,铝-钛-钢过渡接头界面峰值温度未超过临界温度值,铝-钛界面最高温度300℃左右;传统TIG/MIG焊焊接过渡接头时,TIG焊时界面峰值温度远高于MIG焊,试验中TIG焊时界面峰值温度已经接近甚至超过其临界温度值。复合板力学性能测试结果表明,爆炸态铝-钛-钢复合板的铝-钛界面剪切强度为104MPa,钛-钢界面剪切强度为258MPa,拉脱强度为203 MPa;铝-钛-钢过渡接头经TIG/MIG焊焊接后,界面力学性能损失严重,当TIG焊焊接电流超过110A时,接头已经失效;经搅拌摩擦焊焊后,接头力学性能仍能满足船用标准;界面结合区显微硬度测试结果表明,复合板结合界面处的显微硬度值最高,随着距离结合界面距离增大,界面两侧母材显微硬度值逐渐降低;经搅拌摩擦焊焊后,过渡接头铝侧金属显微硬度下降了19HV,其他位置硬度值变化不大。过渡接头界面金相组织观察结果显示,两界面均呈波状结合,并出现明显的漩涡特征,焊接后漩涡区出现大块黑色孔洞,EDS分析发现孔洞内出现C、O、Si等杂质元素;在结合区发现熔化层和熔化块的存在,熔化区内出现铸造缺陷;界面钢侧区域发现“绝热剪切带”的存在,“绝热剪切带”可能会发展成裂纹;界面处线扫描结果表明,两结合界面处的元素均产生短距离的互扩散,铝-钛界面扩散层厚度约为31.25μm,钛-钢界面扩散层厚度约为126.98μm。搅拌摩擦焊焊接接头力学性能测试发现,接头显微硬度最低值出现在过渡接头铝侧热影响区,仅为35HV左右;拉伸试验中,断裂位置均在过渡接头铝侧热影响区处,断口分布着较多韧窝,为韧性断裂;过渡接头铝侧热影响区SEM/EDS分析可知,该处锰元素发生聚集并伴随着第二相长大,大量脆性相的出现降低了接头性能。
【关键词】：过渡接头 焊接温度场 结合区特征 结合强度 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】：2015
【分类号】：TG453.9
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-13
• 第一章 绪论13-21
• 1.1 课题选题背景13
• 1.2 爆炸焊接概述13-14
• 1.3 铝-钢爆炸复合过渡接头结构性能特点简介14-15
• 1.3.1 铝-钢过渡接头结构特征14
• 1.3.2 铝-钢过渡接头的力学性能14
• 1.3.3 复合界面的临界温度14-15
• 1.4 铝-钢爆炸复合过渡接头的研究进展15-17
• 1.4.1 铝-钢爆炸复合过渡接头在船舶行业的应用15
• 1.4.2 爆炸复合板研究进展15-17
• 1.5 搅拌摩擦焊概述17-20
• 1.5.1 搅拌摩擦焊及其特点17-18
• 1.5.2 搅拌摩擦焊的应用18-19
• 1.5.3 LF21铝合金搅拌摩擦焊研究现状19-20
• 1.6 本课题主要研究内容20-21
• 第二章 试验材料与试验方法21-30
• 2.1 试验材料21-22
• 2.2 过渡接头与船体结构件角接接头型式选择及预打测温孔22-24
• 2.3 TIG/MIG和FSW焊接试验24-26
• 2.3.1 TIG /MIG焊接试验24-25
• 2.3.2 FSW焊接试验25-26
• 2.4 焊接温度场测温系统的建立26-27
• 2.4.1 测温系统所用设备及材料26-27
• 2.4.2 测温系统的建立27
• 2.5 分析测试方法及设备27-30
• 2.5.1 金相试样制备腐蚀及观察27
• 2.5.2 显微硬度测试27-28
• 2.5.3 拉伸、拉伸剪切及拉脱试验28
• 2.5.4 断口形貌分析试验28-29
• 2.5.5 SEM/EDS试验29-30
• 第三章 铝-钛-钢过渡接头焊接温度场结果与分析30-45
• 3.1 过渡接头复合界面温度场测定的意义30
• 3.2 铝-钛-钢过渡接头TIG /MIG焊接温度场结果与分析30-35
• 3.2.1 TIG /MIG焊接焊接温度场数据处理30-33
• 3.2.2 焊接方法及焊接工艺参数对复合界面峰值温度的影响33-35
• 3.3 铝-钛-钢过渡接头搅拌摩擦焊焊接温度场结果与分析35-44
• 3.3.1 搅拌摩擦焊焊接温度场结果与分析35-42
• 3.3.2 搅拌摩擦焊焊接工艺参数对复合界面峰值温度的影响42-44
• 3.4 本章小结44-45
• 第四章 铝-钛-钢过渡接头界面性能及组织形貌分析45-65
• 4.1 铝-钛-钢爆炸复合板结合性能检测45-46
• 4.1.1 铝-钛-钢爆炸复合板表面质量检测45
• 4.1.2 爆炸复合板超声波探伤45-46
• 4.2 铝-钛-钢爆炸复合板力学性能检测46-50
• 4.2.1 爆炸态铝-钛-钢复合板界面力学性能分析46-47
• 4.2.2 TIG/MIG焊后铝-钛-钢过渡接头界面力学性能分析47-48
• 4.2.3 搅拌摩擦焊焊后铝-钛-钢过渡接头界面力学性能分析48-50
• 4.3 铝-钛-钢过渡接头焊接结合区组织与性能分析50-63
• 4.3.1 铝-钛-钢过渡接头结合区显微硬度分析50-54
• 4.3.2 铝-钛-钢过渡接头结合区特征分析54-63
• 4.4 本章总结63-65
• 第五章 过渡接头与铝板搅拌摩擦焊接头组织及性能研究65-75
• 5.1 搅拌摩擦焊焊缝力学性能分析65-70
• 5.1.1 搅拌摩擦焊焊缝显微硬度分析65-67
• 5.1.2 搅拌摩擦焊焊接接头拉伸强度分析67-70
• 5.2 搅拌摩擦焊焊接接头组织分析70-74
• 5.2.1 搅拌摩擦焊焊接接头宏观组织分析70-71
• 5.2.2 搅拌摩擦焊焊接接头显微组织分析71
• 5.2.3 搅拌摩擦焊焊后过渡接头铝侧SEM/EDS分析71-74
• 5.3 本章总结74-75
• 结论75-76
• 参考文献76-79
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文79-80
• 致谢80

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前1条

1 吴晖;李敬勇;刘扣森;;铝/钢复合过渡接头焊接温度场及性能试验研究[J];船舶工程;2013年05期

，

本文编号：855831