论文摘要
要实现铝合金搅拌摩擦焊技术的工业化应用和推广,接头的疲劳行为是必不可少的重点研究对象之一。本实验通过高频疲劳实验,对航空铝合金LC4CS和7075-T6搅拌摩擦焊预制裂纹穿焊缝中心,预制裂纹穿焊缝前进边,预制裂纹穿焊缝后退边,预制裂纹垂直于焊缝四种形式焊接接头疲劳性能进行了研究,金相组织观察,维氏硬度实验作为辅助试验,通过接头焊缝各区域的组织、缺陷和硬度来进一步的了解接头的疲劳性能。该实验为建立合理的搅拌摩擦焊接接头的疲劳评定规范提供重要依据,从而推动搅拌摩擦焊接技术在航天领域的广泛应用。IIW疲劳试验标准对于FSW接头是比较保守的,应该设计符合FSW的疲劳试验标准。7075-T6铝合金搅拌摩擦焊接头预制裂纹穿焊缝中心试样、预制裂纹穿焊缝前进边试样、预制裂纹穿焊缝后退边试样和预制裂纹垂直于焊缝试样疲劳裂纹扩展速率方程分别为:da/dN=2.5058×1012（△K）4.08、da/dN=4.6002×10-11（△K）3.05、da/dN= 1.8213×10-11（△K）3.16、da/dN=4.9165×10-10（△K）2.44。LC4CS铝合金搅拌摩擦焊接头预制裂纹穿焊缝中心试样、预制裂纹穿焊缝前进边试样、预制裂纹穿焊缝后退边试样和预制裂纹垂直于焊缝试样的疲劳裂纹扩展速率方程分别为:da/dN=1.8382×10-12（△K）4.27、da/dN=1.6872×10-11（△K）3.49、da/dN=6.2811×10-11 （△K）3.01、da/dN=1.1229×10-10（△K）2.95。LC4CS铝合金FSW接头抗疲劳裂纹扩展能力不如7075-T6铝合金搅拌摩擦焊接接头,但是相差不大。△K较小时,预制裂纹垂直于焊缝试样疲劳裂纹扩展速率最快。△K较大时,预制裂纹穿焊缝后退边试样疲劳裂纹扩展速率最慢,预制裂纹穿焊缝中心试样疲劳裂纹扩展速率最快。焊缝成形良好,基本没有变形,两种铝合金前进边热影响区与搅拌区的边界比较清晰。焊核区均为细小的等轴晶粒,远小于铝合金母材的晶粒,母材均为沿轧制方向拉长的等轴晶。试验表明尽管焊核区为细小等轴晶,然而抗疲劳裂纹扩展能力不是最好,这可能与接头中存在的残余应力有关。两种铝合金搅拌摩擦焊接接头的维氏硬度分布均为“W”型,硬度最低值出现在热影响区。在两种铝合金搅拌摩擦焊接接头中发现氧化物夹杂、贯穿性缺陷和根部缺陷,对接头的疲劳性能不利。在实际过程中应通过优化焊接工艺,提高加工精度等措施来减少这种缺陷。