材料性能对铝合金搅拌摩擦焊焊缝成形及接头力学性能的影响

发布时间：2017-10-05 05:18

  本文关键词：材料性能对铝合金搅拌摩擦焊焊缝成形及接头力学性能的影响

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【摘要】：采用圆柱形带有左螺纹的搅拌头,对4mm厚的1060-Y2、6061-T4、5052-H32、2024-T351进行同种及异种铝合金进行搅拌摩擦焊对接试验。通过对同种铝合金的焊接,研究母材力学性能对FSW最佳工艺参数、焊缝金属塑性流动、接头力学性能的影响;分析材料力学性能对焊缝成形和接头性能的影响规律,为搅拌摩擦焊工艺参数的优化和接头力学性能的预测等提供理论依据。研究结果表明:搅拌头旋转速度和焊接速度在一定程度上决定着搅拌摩擦焊焊缝成形质量;低中等强度和硬度的铝合金进行搅拌摩擦焊接时,在较宽的工艺参数范围内均可获得外观良好、内部组织无缺陷的的焊缝;且接头力学性能良好。高强度硬度的铝合金则只能在较窄的工艺参数范围内良好成形。在合理的工艺参数范围内,随着旋转速度或焊接速度的增加,接头的抗拉强度均呈先增大后减小的趋势。建立的数学模型可有效地预测最佳焊接工艺参数和接头力学性能。同种材料进行FSW对接时,随着旋转速度或焊接速度的增大,焊核的宽度和高度均呈先增大后减小的趋势;且在最佳工艺参数下,焊核有效面积最大,与此同时接头强度相对较高。随着被焊材料的抗拉强度和硬度值的升高,焊缝横截面焊核前进边高度Ha、返回边高度Hr以及宽度W越大;同时厚度方向上的挤压效应随着母材力学性能的增大而增强。异种材料FSW焊缝横截面焊核区以及紊乱区主要是以前进边较硬的材料为主。在较佳的工艺参数下进行铝合金FSW,接头断裂位置均在前进边热影响区;当有包铝层存在于铝合金表面时接头断裂主要发生在包铝层伸入的焊核和热机影响区交界处。组织不均匀和二次相团聚是接头处产生薄弱点的主要原因,试样断裂形式主要为韧性断裂。接头与母材的力学性能存在一定的线性关系,且接头的强度和硬度均超过母材的80%;细晶强化是提高焊接头力学性能的主要原因。母材的强度和硬度越高,搅拌摩擦焊后接头性能损失越严重。通过三种其他力学性能的铝合金搅拌摩擦焊对建立的数学模型进行了验证,得到的实验数据和数学模型的结果相差甚小,预测接头强度可控制在2%以内。这对于保证焊接构件的安全使用起到了至关重要的作用。为搅拌摩擦焊技术在航空航天构件中的应用提供一定的参考价值。
【关键词】：材料力学性能 搅拌摩擦焊 流动行为 焊核尺寸 接头力学性能
【学位授予单位】：南昌航空大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG453.9
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 绪论9-17
• 1.1 课题研究的目的及意义9-10
• 1.2 搅拌摩擦焊原理及应用10
• 1.3 搅拌摩擦焊的研究现状10-16
• 1.3.1 搅拌摩擦焊工艺参数的研究11-12
• 1.3.2 金属塑性流动行为的研究12-15
• 1.3.3 搅拌摩擦接头力学性能的研究15-16
• 1.4 研究内容16-17
• 第2章 试验条件和方法17-23
• 2.1 试验材料及设备17-18
• 2.2 试验方法18-23
• 2.2.1 工艺试验18-20
• 2.2.2 金相试样制备20
• 2.2.3 二次相分布的观察20
• 2.2.4 焊核尺寸测试方法20-21
• 2.2.5 焊核硬度测试方法21
• 2.2.6 接头拉伸强度测试21-23
• 第3章 材料力学性能对FSW焊缝成形的影响23-44
• 3.1 工艺参数对焊缝成形的影响23-29
• 3.1.1 搅拌头旋转速度对焊缝成形的影响23-26
• 3.1.2 焊接速度对焊缝成形的影响26-29
• 3.2 焊接速度、旋转速度对接头力学性能的影响29-39
• 3.2.1 搅拌头旋转速度对接头强度的影响29-32
• 3.2.2 焊接速度对接头强度的影响32-35
• 3.2.3 旋转速度、焊接速度对接头显微硬度的影响35-38
• 3.2.4 分析讨论38-39
• 3.3 母材性能与最佳工艺参数数学模型的建立39-42
• 3.3.1 母材抗拉强度与FSW工艺参数之间的关系39-40
• 3.3.2 母材硬度与FSW工艺参数之间的关系40-42
• 3.4 本章小结42-44
• 第4章 材料力学性能对焊缝塑性金属流动规律的影响44-63
• 4.1 FSW 工艺参数对焊缝塑性金属流动规律的影响44-57
• 4.1.1 搅拌头旋转速度对焊缝塑化金属流动行为的影响44-49
• 4.1.2 搅拌头旋转速度对接头强度的影响49-55
• 4.1.3 分析讨论55-57
• 4.2 材料性能对焊缝截面形貌的影响57-61
• 4.3 材料性能对焊缝金属塑性流动影响规律的验证61-62
• 4.4 本章小结62-63
• 第5章 材料性能对接头力学性能的影响63-80
• 5.1 铝合金FSW接头力学性能分析63-64
• 5.1.1 接头抗拉强度和显微硬度的分析63-64
• 5.2 铝合金FSW接头组织64-68
• 5.2.1 母材区微观组织64-65
• 5.2.2 焊核区微观组织65-67
• 5.2.3 热机影响区微观组织67
• 5.2.4 热影响区微观组织67-68
• 5.3 铝合金搅拌摩擦焊接头断.分析68-75
• 5.3.1 断.宏观形貌68-70
• 5.3.2 断.微观形貌70-75
• 5.4 母材力学性能与接头力学性能之间关系的建立75-78
• 5.4.1 母材与接头抗拉强度之间的关系76
• 5.4.2 母材与接头硬度之间的关系76-77
• 5.4.3 母材与接头力学性能之间关系验证77-78
• 5.5 本章小结78-80
• 第6章 结论80-81
• 参考文献81-85
• 硕士学位期间发表的学术论文85-86
• 致谢86-87

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本文编号：974982