车用铝合金搅拌摩擦焊接头组织性能调控与成形性研究
发布时间：2021-08-31 16:04
近年来,汽车轻量化成为了传统燃油车和新能源汽车节能减排的一项共性基础技术。铝合金拼焊成形技术具有材料和结构双重轻量化优势,很好地满足了车身轻量化和碰撞安全性的要求。搅拌摩擦焊（Friction Stir Welding,FSW）能够有效地连接铝合金等轻质材料,满足铝合金构件的强度要求。但是铝合金FSW接头存在变形不均匀、热处理后接头组织不稳定等问题,进而影响构件的成形性和使用性能。因此,有必要开展铝合金FSW接头的组织性能、热处理工艺以及接头变形规律的研究。通过试验研究了2024-O和2024-T6铝合金FSW接头组织和力学性能规律。得到2024-O铝合金FSW接头的成形性更好,焊缝部分的强度明显大于母材,而且2024-O铝合金可以通过固溶时效过程来提高强度。因此,选用2024-O铝合金FSW接头开展后续热处理和成形性的研究。通过探索固溶前退火处理、缩短固溶保温时间和降低固溶温度的方法来抑制固溶过程中接头发生晶粒异常长大（Abnormal Grain Growth,AGG）的问题。结果表明,降低固溶温度能够显著抑制接头AGG的发生。虽然降低固溶温度后的T6处理接头没有发生AGG,但其力...
【文章来源】：武汉理工大学湖北省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：77 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
拼焊结构在白车身上的应用[3]
国内外大量研究结果表明：FSW 接头在微观组织上可以分为 4 个区中心向外，依次为焊核区、热机影响区、热影响区和母材区。其中焊受搅拌针的剧烈搅拌和焊接热循环作用，母材原有晶粒发生动态再结细小的等轴晶粒；而热机影响区也受到了机械搅拌和热循环的作用，与搅拌针的距离相对较远，受到的搅拌作用远小于焊核区，因此该区现出变形和弯曲的特点；热影响区只受到热循环作用，仅仅发生了一程，晶粒相对母材没有太大变化[8-10]。在铝合金 FSW 接头力学性能国内外学者主要针对接头的强度、硬度和延伸率等参数开展研究。总对于铝合金来说，FSW 接头的力学性能比传统熔焊接头更加优异，前强度可以达到母材 70%以上，有的甚至接近母材。然而，对于 FSW合金接头，其力学性能与材料的热处理状态和焊接工艺参数（旋转速速度和下压量等）有很大的关系。焊接的工艺参数对材料的流动和焊接热输入量有很大的影响，而在这数中，搅拌头的旋转速度和焊接速度对力学性能的影响最大。哈尔滨刘会杰等人采用恒定的焊接速度 300mm/min，旋转速度从 600-1000
随着转速的提高，回退侧的热机影响区不断向焊核区转移。在旋转速度为 800r/min 时，接头达到最大抗拉强度 440MPa，为母材的 83%，如图 1-2所示[11]。韩国学者采用配备冷却系统的搅拌摩擦焊装置对 A6082 铝合金进行 FSW，研究焊接过程中外加冷却系统对接头组织和力学性能的影响。结果表明，采用带有冷却系统的焊接方式会使焊缝区整体晶粒尺寸减小，提高了接头的屈服强度。而且当焊接的速度提高时，焊核区晶粒相应减小，接头的抗拉强度和屈服强度增大[12]。在搅拌摩擦焊过程中，接头的各个区域经历了不同的热循环，母材中沉淀相的尺寸、体积分数和分布状态发生了不同的变化，进而影响接头的力学性能。哈尔滨工业大学学者对 2219-O 和 2219-T6 铝合金进行 FSW，研究母材的热处理状态对搅拌摩擦焊接头的影响。结果表明，材料的热处理状态对焊缝宏观形貌、焊接缺陷和接头的力学性能有很大的影响；其中 2219-O 接头的强度了达到母材的 100%，且断裂在母材，而 2219-T6 接头的强度只有母材的 82%，断裂位置倾向于回退侧热影响区，如图 1-3 所示[13]。
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于二次多项式新本构模型的铝合金搅拌摩擦焊板材成形极限研究[J]. 初冠南,林艳丽,宋伟宁,张林. 金属学报. 2017(01)
[2]焊速对水下搅拌摩擦焊接7A04铝合金组织性能的影响[J]. 李天麒,王快社,王文,乔柯,徐瑞琦. 材料导报. 2016(22)
[3]搅拌摩擦焊技术在轨道列车制造中的应用[J]. 栾国红. 焊接. 2015(01)
[4]高强铝合金薄板搅拌摩擦焊接头显微组织及力学性能[J]. 董继红,董春林,孟强,栾国红,焦向东. 稀有金属材料与工程. 2013(S2)
[5]6061-T4铝合金T型接头搅拌摩擦焊工艺[J]. 侯晓鹏,杨新岐,崔雷,周光. 中国有色金属学报. 2013(11)
[6]轿车车身轻量化及其对连接技术的挑战[J]. 李永兵,李亚庭,楼铭,林忠钦. 机械工程学报. 2012(18)
[7]7A52铝合金搅拌摩擦焊工艺优化[J]. 梁志芳,史清宇,康旭. 焊接学报. 2011(02)
[8]7075-T6铝合金搅拌摩擦焊焊缝表面带状纹理的组织与性能[J]. 康举,栾国红,付瑞东. 金属学报. 2011(02)
[9]车身覆盖件拼焊板冲压成形技术的研究现状及发展趋势[J]. 宋燕利,华林. 中国机械工程. 2011(01)
[10]拉伸与轧制预变形对2519A铝合金组织与力学性能的影响[J]. 张新明,刘玲,贾寓真. 中国有色金属学报. 2010(06)
博士论文
[1]2024铝合金搅拌摩擦焊管材塑性变形行为研究[D]. 胡志力.哈尔滨工业大学 2013
[2]高强铝合金搅拌摩擦焊接头组织及薄弱区研究[D]. 金玉花.兰州理工大学 2012
硕士论文
[1]2219铝合金搅拌摩擦焊接板材塑性成形性能研究[D]. 杨昭.哈尔滨工业大学 2015
[2]不同应力状态下2024铝合金板的流变行为和微观组织演化行为研究[D]. 赵婷.华中科技大学 2015
[3]提高焊核区晶粒结构热稳定性的搅拌摩擦焊接新方法[D]. 陈吉.上海交通大学 2015
[4]2024铝合金高温流变规律及断裂行为研究[D]. 丁毅.中南大学 2013
[5]热处理工艺对2024铝合金析出相及性能的影响[D]. 桂奇文.湖南大学 2012
本文编号：3375190
【文章来源】：武汉理工大学湖北省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：77 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
拼焊结构在白车身上的应用[3]
国内外大量研究结果表明：FSW 接头在微观组织上可以分为 4 个区中心向外，依次为焊核区、热机影响区、热影响区和母材区。其中焊受搅拌针的剧烈搅拌和焊接热循环作用，母材原有晶粒发生动态再结细小的等轴晶粒；而热机影响区也受到了机械搅拌和热循环的作用，与搅拌针的距离相对较远，受到的搅拌作用远小于焊核区，因此该区现出变形和弯曲的特点；热影响区只受到热循环作用，仅仅发生了一程，晶粒相对母材没有太大变化[8-10]。在铝合金 FSW 接头力学性能国内外学者主要针对接头的强度、硬度和延伸率等参数开展研究。总对于铝合金来说，FSW 接头的力学性能比传统熔焊接头更加优异，前强度可以达到母材 70%以上，有的甚至接近母材。然而，对于 FSW合金接头，其力学性能与材料的热处理状态和焊接工艺参数（旋转速速度和下压量等）有很大的关系。焊接的工艺参数对材料的流动和焊接热输入量有很大的影响，而在这数中，搅拌头的旋转速度和焊接速度对力学性能的影响最大。哈尔滨刘会杰等人采用恒定的焊接速度 300mm/min，旋转速度从 600-1000
随着转速的提高，回退侧的热机影响区不断向焊核区转移。在旋转速度为 800r/min 时，接头达到最大抗拉强度 440MPa，为母材的 83%，如图 1-2所示[11]。韩国学者采用配备冷却系统的搅拌摩擦焊装置对 A6082 铝合金进行 FSW，研究焊接过程中外加冷却系统对接头组织和力学性能的影响。结果表明，采用带有冷却系统的焊接方式会使焊缝区整体晶粒尺寸减小，提高了接头的屈服强度。而且当焊接的速度提高时，焊核区晶粒相应减小，接头的抗拉强度和屈服强度增大[12]。在搅拌摩擦焊过程中，接头的各个区域经历了不同的热循环，母材中沉淀相的尺寸、体积分数和分布状态发生了不同的变化，进而影响接头的力学性能。哈尔滨工业大学学者对 2219-O 和 2219-T6 铝合金进行 FSW，研究母材的热处理状态对搅拌摩擦焊接头的影响。结果表明，材料的热处理状态对焊缝宏观形貌、焊接缺陷和接头的力学性能有很大的影响；其中 2219-O 接头的强度了达到母材的 100%，且断裂在母材，而 2219-T6 接头的强度只有母材的 82%，断裂位置倾向于回退侧热影响区，如图 1-3 所示[13]。
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于二次多项式新本构模型的铝合金搅拌摩擦焊板材成形极限研究[J]. 初冠南,林艳丽,宋伟宁,张林. 金属学报. 2017(01)
[2]焊速对水下搅拌摩擦焊接7A04铝合金组织性能的影响[J]. 李天麒,王快社,王文,乔柯,徐瑞琦. 材料导报. 2016(22)
[3]搅拌摩擦焊技术在轨道列车制造中的应用[J]. 栾国红. 焊接. 2015(01)
[4]高强铝合金薄板搅拌摩擦焊接头显微组织及力学性能[J]. 董继红,董春林,孟强,栾国红,焦向东. 稀有金属材料与工程. 2013(S2)
[5]6061-T4铝合金T型接头搅拌摩擦焊工艺[J]. 侯晓鹏,杨新岐,崔雷,周光. 中国有色金属学报. 2013(11)
[6]轿车车身轻量化及其对连接技术的挑战[J]. 李永兵,李亚庭,楼铭,林忠钦. 机械工程学报. 2012(18)
[7]7A52铝合金搅拌摩擦焊工艺优化[J]. 梁志芳,史清宇,康旭. 焊接学报. 2011(02)
[8]7075-T6铝合金搅拌摩擦焊焊缝表面带状纹理的组织与性能[J]. 康举,栾国红,付瑞东. 金属学报. 2011(02)
[9]车身覆盖件拼焊板冲压成形技术的研究现状及发展趋势[J]. 宋燕利,华林. 中国机械工程. 2011(01)
[10]拉伸与轧制预变形对2519A铝合金组织与力学性能的影响[J]. 张新明,刘玲,贾寓真. 中国有色金属学报. 2010(06)
博士论文
[1]2024铝合金搅拌摩擦焊管材塑性变形行为研究[D]. 胡志力.哈尔滨工业大学 2013
[2]高强铝合金搅拌摩擦焊接头组织及薄弱区研究[D]. 金玉花.兰州理工大学 2012
硕士论文
[1]2219铝合金搅拌摩擦焊接板材塑性成形性能研究[D]. 杨昭.哈尔滨工业大学 2015
[2]不同应力状态下2024铝合金板的流变行为和微观组织演化行为研究[D]. 赵婷.华中科技大学 2015
[3]提高焊核区晶粒结构热稳定性的搅拌摩擦焊接新方法[D]. 陈吉.上海交通大学 2015
[4]2024铝合金高温流变规律及断裂行为研究[D]. 丁毅.中南大学 2013
[5]热处理工艺对2024铝合金析出相及性能的影响[D]. 桂奇文.湖南大学 2012
本文编号：3375190
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