高速列车用铝合金搅拌摩擦焊工艺研究

论文摘要

搅拌摩擦焊技术是一种新型的固相连接技术,可有效避免熔化焊接时因熔化而产生的裂纹、气孔等焊接缺陷,对焊接性较差的金属和异种金属焊接有较强的优势。本论文用不同的焊接工艺参数（包括不同形状的搅拌头、旋转速度、焊接速度）对5083-H321与6082-T6铝合金进行同种材料和异种材料进行FSW对接,通过进行观察接头显微组织、表面成形,进行拉伸性能试验、显微硬度测试及拉伸断口SEM试验,优化工艺参数。通过上述研究,得出5083铝合金与6082铝合金同种材料和异种材料焊接的一组理想的规范参数,在此规范参数下,5083铝合金对接接头的拉伸性能达到母材性能的94.5%;由于6082铝合金属于热处理可强化材料,其对接接头拉伸性能在焊后未热处理情况下达到母材强度的73.3%;异种材料焊接研究表明,当6082铝合金在前进侧时接头的拉伸性能高于5083铝合金在前进侧时的拉伸性能;旋转速度与焊接速度之比决定了焊接过程中热输入的大小,进而影响焊接接头的成型及拉伸性能。热输入过大,接头热影响区变宽,使接头区域接近母材的熔化温度而出现局部过热甚至熔化现象,降低接头的拉伸性能;热输入过小,容易在接头内部形成孔洞及隧道型缺陷,甚至在接头表面形成沟槽缺陷,严重影响接头的拉伸性能。本论文试验结果为推动FSW技术在我国高速列车用铝合金焊接中的应用提供了一定的理论数据基础。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 搅拌摩擦焊发展概述
• 1.1.1 FSW 原理及连接过程
• 1.1.2 FSW 的技术特点
• 1.1.3 FSW 接头形式
• 1.2 铝合金FSW 技术的研究发展现状
• 1.2.1 铝合金焊接的特点
• 1.2.2 铝合金的先进焊接工艺
• 1.2.3 接头微观组织研究
• 1.2.4 接头力学性能研究
• 1.3 本论文研究背景
• 1.3.1 FSW 在铁道车辆车体上的应用现状
• 1.3.2 国外轨道车辆上的FSW 工业化应用
• 1.4 本论文研究内容及意义
• 1.4.1 研究内容
• 1.4.2 本论文研究的意义
• 第二章 试验材料与试验方法
• 2.1 试验条件
• 2.1.1 试验材料
• 2.1.2 试验设备
• 2.1.3 搅拌头设计
• 2.2 试验方法
• 2.2.1 焊接接头拉伸性能试验
• 2.2.2 显微组织
• 2.2.3 显微硬度
• 2.2.4 腐蚀试验
• 第三章 试验结果与分析
• 3.1 8mm 铝合金FSW 对接工艺试验结果
• 3.1.1 5083 铝合金同种材料FSW 对接工艺试验结果
• 3.1.2 6082 铝合金同种材料FSW 对接工艺试验结果
• 3.1.3 5083-6082 铝合金异种材料FSW 对接工艺试验结果
• 3.2 8mm 铝合金FSW 接头组织
• 3.2.1 5083 铝合金同种材料FSW 对接接头显微组织
• 3.2.2 6082 铝合金同种材料FSW 对接接头显微组织
• 3.2.3 5083-6082 铝合金异种材料FSW 对接接头显微组织
• 3.3 8mm 铝合金FSW 接头显微硬度
• 3.3.1 5083 铝合金同种材料FSW 对接接头显微硬度
• 3.3.2 6082 铝合金同种材料FSW 对接接头显微硬度
• 3.3.3 5083-6082 铝合金异种材料FSW 对接接头显微硬度
• 3.4 8mm 铝合金FSW 拉伸性能及断口分析
• 3.4.1 5083 铝合金同种材料FSW 对接接头拉伸试验结果
• 3.4.2 6082 铝合金同种材料FSW 对接接头拉伸试验结果
• 3.4.3 5083-6082 铝合金异种材料FSW 对接接头拉伸试验结果
• 3.5 4mm 5083-6082 铝合金平板FSW 试验
• 3.5.1 工艺试验结果
• 3.5.2 接头拉伸性能
• 3.6 腐蚀试验结果
• 本章小结
• 第四章 讨论分析
• 4.1 搅拌头对接头成型的影响
• 4.1.1 轴肩对接头成型的影响
• 4.1.2 搅拌针对接头成型的影响
• 4.2 工艺参数对接头成型及拉伸性能的影响
• 4.2.1 工艺参数对接头成型的影响
• 4.2.2 工艺参数对5083 铝合金对接接头拉伸性能的影响
• 4.2.3 工艺参数对6082 铝合金对接接头拉伸性能的影响、
• 4.3 FSW 与熔焊对比分析
• 4.3.1 FSW 与熔焊微观组织与拉伸强度对比分析
• 4.3.2 FSW 与熔焊疲劳强度对比分析
• 4.4 FSW 缺陷的产生与机理
• 4.4.1 孔洞
• 4.4.2 飞边
• 4.4.3 未焊合
• 4.4.4 沟槽
• 4.4.5 “S”线
• 4.4.6 弱连接
• 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文
• 致谢