铝合金搅拌摩擦焊工艺研究及其在城轨车辆车体上的应用

论文摘要

本论文以城市轨道车辆车体常用的6082-T6铝合金板材以及6005A-T6铝合金型材为研究对象，选用优化的搅拌摩擦焊工艺参数以及南车株洲电力机车公司城轨事业部的成熟MIG工艺参数进行两种工艺焊接。以6082-T6铝合金板材以及6005A-T6铝合金型材的MIG焊接头为比较对象，对FSW接头进行显微组织分析和拉伸性能、弯曲性能、显微硬度以及疲劳强度等力学性能分析，并且分析了疲劳试样的断口形貌。本文的主要结论如下：（1）6082-T6铝合金板材以及6005A-T6铝合金型材搅拌摩擦焊的最佳工艺参数是旋转速度均为1400rpm，而焊接速度分别为400mm/min与600mm/min。（2）6082铝合金与6005A铝合金的FSW接头强度均优于MIG焊，6005A铝合金FSW接头与MIG焊接头弯曲性能基本相当，6082铝合金板材以及6005A铝合金型材的FSW接头疲劳性能明显优于MIG接头疲劳性能。（3）6082铝合金FSW接头显微硬度分布呈现“W”型，焊缝显微硬度较母材有所降低，最低值出现在热影响区；而MIG焊接头硬度分布无明显规律性，但显微硬度最低值较搅拌摩擦焊低。（4）MIG接头断口较为粗糙，焊核区晶粒为树枝状晶，热影响区晶粒较为粗大；而FSW焊断口非常平整均匀，焊核区晶粒为等轴状，热影响区的晶粒大小与母材相当。合金FSW焊接接头的疲劳源区出现在次表面的较小范围内，且形貌较光亮和平坦；MIG焊接头在疲劳试件内部存在多个疲劳源，这些疲劳源主要是熔化焊产生的气孔造成，且多个疲劳源扩展连接形成台阶，导致断口表面比较粗糙。（5）焊缝外观质量、变形大小、现场操作条件等方面， FSW工艺明显优于MIG焊。（6）通过改进城轨车辆车体部件的结构，采用适当的搅拌摩擦焊工艺，可以将搅拌摩擦焊这一全新的焊接方法应用到城轨车辆车体产品生产。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 铝合金的焊接特性
• 1.2 铝合金的常用焊接工艺及其特点
• 1.3 搅拌摩擦焊的原理及技术特点
• 1.4 铝合金搅拌摩擦焊工艺的发展及应用
• 1.4.1 搅拌摩擦焊在船舶制造工业的应用
• 1.4.2 搅拌摩擦焊在航空航天工业的应用
• 1.4.3 搅拌摩擦焊在汽车工业中的应用
• 1.4.4 搅拌摩擦焊在城轨车辆上的应用
• 1.5 本论文的研究目的、意义及主要内容
• 第2章 试验方案及 FSW 工艺参数探索
• 2.1 试验材料
• 2.2 焊接试验方法及实验设备
• 2.2.1 焊接接头形式
• 2.2.2 焊接设备
• 2.2.3 焊前准备
• 2.2.4 测试试样的选取
• 2.2.5 组织观察及性能测试
• 2.3 城轨车辆常用铝合金搅拌摩擦焊工艺探索
• 2.3.1 搅拌摩擦焊工艺参数选择
• 2.3.2 铝合金 FSW 接头拉伸性能
• 2.3.3 FSW 工艺参数讨论
• 2.4 本章小结
• 第3章 车辆常用铝合金 FSW 接头的组织以及常规力学性能
• 3.1 常用铝合金 FSW 与 MIG 焊接头拉伸性能
• 3.1.1 6082 铝合金板材 FSW 与 MIG 焊接头拉伸性能
• 3.1.2 6005A 铝合金型材 FSW 与 MIG 焊接头拉伸性能
• 3.2 铝合金 FSW 与 MIG 焊接头抗弯曲性能
• 3.3 铝合金 FSW 与 MIG 焊接头显微硬度及分析
• 3.4 铝合金 FSW 与 MIG 焊接头金相组织
• 3.4.1 铝合金 FSW 与 MIG 焊接头宏观组织
• 3.4.2 铝合金 FSW 与 MIG 焊接头微观组织
• 3.5 本章小结
• 第4章 车辆常用铝合金 FSW 接头疲劳强度研究
• 4.1 6082 和 6005A 铝合金接头疲劳试验结果
• 4.1.1 6082 铝合金接头疲劳试验结果
• 4.1.2 6005A 铝合金接头疲劳试验结果
• 4.2 铝合金接头疲劳性能分析与讨论
• 4.2.1 6082 铝合金接头疲劳性能分析与讨论
• 4.2.2 6005A 铝合金接头疲劳性能分析与讨论
• 4.3 铝合金焊接接头的疲劳强度影响因素
• 4.3.1 应力集中对焊接接头疲劳性能的影响
• 4.3.2 焊接缺陷对焊接接头疲劳性能的影响
• 4.3.3 焊接残余应力对焊接接头疲劳性能的影响
• 4.3.4 材质因素对焊接接头疲劳性能的影响
• 4.4 铝合金接头的疲劳断口分析
• 4.5 本章小结
• 第5章 FSW 工艺应用于城轨车辆铝合金侧墙
• 5.1 搅拌摩擦焊城轨车辆侧墙结构设计
• 5.2 城轨车辆侧墙搅拌摩擦焊工艺设计及制定
• 5.3 城轨车辆铝合金侧墙 FSW 与 MIG 焊产品质量
• 5.3.1 接头力学性能、焊缝外观质量
• 5.3.2 焊焊接工作条件、污染及辐射情况
• 5.3.3 侧墙焊后焊接变形情况
• 5.4 铝合金搅拌摩擦焊质量检验控制及其标准的制定
• 5.4.1 铝合金搅拌摩擦焊焊接缺陷术语及定义
• 5.4.2 侧墙铝合金搅拌摩擦焊焊接缺陷质量要求
• 5.5 铝合金搅拌摩擦焊在城轨车辆上其他部件的应用展望
• 5.6 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢
• 附录A 攻读学位期间所发表的学术论文目录