材料性能对铝合金搅拌摩擦焊焊缝塑性金属流动行为的影响

论文摘要

本文采用同种状态、异种状态对接焊和异种状态交替叠层的方式，对LY12（M）和LY12（CZ）两种热处理状态的铝合金进行搅拌摩擦焊试验，通过观察焊缝宏观形貌和接头金属的三维流动状态，分析材料性能对焊缝成形的影响，完善焊缝成形理论。研究结果表明：材料的强度、硬度等机械性能是影响焊缝塑化金属流动和焊缝成形的重要因素。改变材料性能，造成搅拌针周围焊缝金属的变形条件不同，对焊缝塑化金属产生不同的约束作用，从而影响金属流动和焊缝成形。“抽吸-挤压”效应受母材金属软性约束作用影响，硬度强度大的同种母材金属焊接时对塑化金属的约束作用较明显，“抽吸-挤压”效应减弱，形成挤压区较小。而异种铝合金对接焊，将LY12（M）铝合金置于前进边时，焊核区塑化金属向变形抗力较小LY12（M）母材一侧流动量多。材料性能不同时，焊缝塑化金属的流动还与搅拌头形状和焊接工艺规范参数有关。增大搅拌针表面螺距导致“抽吸-挤压”效应增强，洋葱环更易于在焊缝厚度方向上扩张，表现为横截面上焊核宽度和高度都逐渐增大。但因两侧异种状态铝合金的约束作用不同，返回边采用变形抗力较大的LY12（CZ）铝合金，所以同一螺距下，返回边的焊核高度小于前进边。轴肩下压量不同时，同一螺距搅拌头焊接所得到的焊核宽度和高度都随着下压量的增大而逐渐增大。改变工艺参数也可以改变挤压区的形状，从而影响金属流动状态和焊缝成形。异种铝合金的三维流动结果表明，在异种金属焊缝不同厚度水平面或焊接不同阶段的横截面上，随着离搅拌针中心距离的减小，焊缝两边金属层厚度都逐渐减薄，且变形抗力较差的金属层厚度减小的多。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究目的及意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 搅拌摩擦焊焊缝塑化金属流动行为的基本认识
• 1.2.2 搅拌摩擦焊焊缝塑化金属流动行为的影响因素
• 1.2.3 搅拌摩擦焊焊缝形成机理的研究进展
• 1.3 研究内容
• 第2章 试验条件和方法
• 2.1 试验条件
• 2.1.1 试验材料
• 2.1.2 试验设备
• 2.1.3 焊接夹具
• 2.1.4 搅拌头
• 2.2 试验方法
• 2.2.1 异种铝合金对接试验
• 2.2.2 工艺试验
• 2.2.3 叠层材料试验
• 2.2.4 金相试样制备
• 第3章 材料性能对 FSW 焊缝金属厚度方向上流动的影响
• 3.1 焊缝横截面宏观形貌的一般特征
• 3.2 材料性能对焊缝金属流动行为的影响
• 3.3 本章小结
• 第4章 材料局部性能变化时焊缝金属流动特征
• 4.1 水平面上焊缝金属流动
• 4.2 横截面上焊缝金属流动
• 4.3 纵截面上焊缝金属流动
• 4.4 本章小结
• 第5章 材料状态不同时焊接参数对焊缝金属流动的影响
• 5.1 搅拌针螺距对 FSW 焊缝塑化金属流动的影响
• 5.1.1 轴肩下压量为 0.2mm 时螺距对焊缝金属流动的影响
• 5.1.2 轴肩下压量为 0.4mm 时螺距对焊缝金属流动的影响
• 5.1.3 轴肩下压量为 0.6mm 时螺距对焊缝金属流动的影响
• 5.1.4 轴肩下压量与焊缝金属流动的关系
• 5.2 焊接工艺规范规范参数对 FSW 焊缝塑化金属流动的影响
• 5.2.1 焊接速度对塑化金属流动的影响
• 5.2.2 旋转速度对塑化金属流动的影响
• 5.2.3 相同 n/v 时不同工艺规范参数对塑化金属流动的影响
• 5.2.4 轴肩下压量对塑化金属流动的影响
• 5.3 本章小结
• 第6章 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢