搅拌摩擦焊搭接焊缝界面迁移及接头性能的研究

论文摘要

本文采用搅拌针长度为3.3mm的左、右螺纹搅拌头，对3mm厚的LY12（M）、LF6和LY12（CZ）进行同种及异种铝合金的搅拌摩擦焊搭接试验，研究搅拌头形状、焊接工艺参数和材料性能对搭接界面迁移的影响，并测试搭接接头的拉剪性能。通过水平标识材料试验，观察焊缝塑化金属在厚度方向上的流动行为，结合搅拌头对塑化金属的作用力，分析搭接界面的迁移机制。研究结果表明：搅拌头形状、焊接工艺参数和材料性能是影响搭接界面迁移的重要因素，采用左螺纹搅拌头，界面向上迁移的高度较采用右螺纹搅拌头时界面向下迁移的高度大。采用右螺纹搅拌头，随搅拌针直径的增大，焊缝有效搭接宽度增大，界面迁移高度先增大后减小。随轴肩下压量和焊接速度的增大，焊缝厚度方向上塑化金属流动的“抽吸-挤压”效应增强，界面迁移高度增大；焊接速度增大至47.5或60mm/min时，继续增大焊接速度，“抽吸-挤压”效应减弱，界面迁移高度减小。对于异种铝合金的搭接，屈服强度和热导率是影响搭接焊缝界面迁移的重要因素，屈服强度较小的铝合金置于下板时，界面迁移高度较小；热导率较小的铝合金置于下板时，界面变形宽度较小。焊缝塑化金属的迁移行为是影响搭接界面迁移的根本原因，焊核两侧的迁移界面是由于搅拌头作用引起的在焊缝水平方向上塑化金属的旋转摩擦作用、焊缝厚度方向上塑化金属流动的“抽吸-挤压”效应和搅拌针端面塑化金属的挤压作用三者的共同作用形成的，其中“抽吸-挤压”效应是影响搭接界面迁移高度的主要原因。拉剪试验结果表明：焊核两侧的迁移界面是接头断裂的启裂源，采用左螺纹搅拌头，接头断裂发生在上板且受拉边存在迁移界面的一边；采用右螺纹搅拌头，断裂基本上都发生在下板且受拉边存在迁移界面的一边，其接头拉剪强度较采用左螺纹搅拌头焊接时大。接头的拉剪强度主要与界面迁移高度相关，界面迁移高度越大，接头拉剪强度越小。对于异种铝合金搭接接头，屈服强度较小的铝合金置于下板时，界面迁移高度较小，界面变形宽度较大，接头拉剪强度较大。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究的目的及意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 搅拌摩擦焊搭接及其接头的基本力学性能
• 1.2.2 关于搅拌摩擦焊搭接焊缝界面迁移及接头性能的研究
• 1.3 研究内容
• 第2章 试验条件及方法
• 2.1 试验条件
• 2.1.1 试验材料
• 2.1.2 试验设备
• 2.2 试验方法
• 2.2.1 工艺试验
• 2.2.2 标识材料试验
• 2.2.3 金相试样制备
• 2.2.4 搭接焊缝迁移界面的测量
• 2.2.5 接头拉剪性能测试
• 第3章 搅拌摩擦焊搭接焊缝界面的迁移形态
• 3.1 搅拌头形状对搭接界面迁移的影响
• 3.1.1 搅拌针表面螺纹旋向的影响
• 3.1.2 搅拌针直径的影响
• 3.2 焊接工艺规范参数对搭接界面迁移的影响
• 3.2.1 轴肩下压量的影响
• 3.2.2 焊接速度的影响
• 3.3 搭接界面的迁移行为及形成机制
• 3.4 本章小结
• 第4章 材料性能对搭接焊缝界面迁移行为的影响
• 4.1 左螺纹搅拌头焊接时的搭接焊缝
• 4.2 右螺纹搅拌头焊接时的搭接焊缝
• 4.2.1 同种铝合金的搭接
• 4.2.2 异种铝合金的搭接
• 4.2.3 标识材料焊缝横截面形貌
• 4.3 本章小结
• 第5章 搅拌摩擦焊搭接接头的力学性能研究
• 5.1 迁移界面形态对搭接接头拉剪性能的影响
• 5.1.1 左螺纹搅拌头焊接时的搭接接头力学性能
• 5.1.2 右螺纹搅拌头焊接时的搭接接头力学性能
• 5.2 搅拌针直径对接头拉剪性能的影响
• 5.3 异种铝合金搭接接头的力学性能
• 5.4 搭接接头的断口分析
• 5.5 本章小结
• 第6章 结论
• 参考文献
• 硕士学位期间发表的学术论文
• 致谢
• 附表