铝/钢异种金属对接搅拌摩擦焊接工艺及接头组织与性能的研究

来源 :兰州理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:dazhonghua988
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随着工业技术的发展和能源危机的日益突现,工业产品轻量化越来越受到大家的关注,铝钢的焊接工件既能保证工件的结构强度,同时又减轻了工件本身的重量,在工业生产中有广阔的应用前景。但铝钢物理与化学性质的巨大差异,使得铝钢的焊接一直是行业中的难点。搅拌摩擦焊由于热输入少,属于金属的固相连接技术,有效的控制了金属间化合物的生成,成为异种金属焊接的主要方法。  本试验采用挤压态变形铝合金6082和Q235,经过机械加工后制成尺寸200mm×100mm×2mm的板件,在型号为FSW-3LM-015的搅拌摩擦焊机上进行铝钢对接方式的焊接,由于铝钢热膨胀系数的差异,在轴肩的作用下铝合金塑化层覆盖了整个焊缝的表面。焊缝表面纹理细腻均匀,没有沟槽,飞边极少,焊缝的背面连接紧密,没有烧穿和未焊合等缺陷。采用正交优化设计,研究了主要工艺参数对接头抗拉强度的影响,主要的影响因素有搅拌头转速、焊接速度、偏移量。并得出了最优组合参数:搅拌头转速为260r/min、焊接速度在16mm/ min、搅拌针长度为1.6 mm。最优参数下所得接头的抗拉强度可达140MPa。  利用扫描电子显微镜分析铝钢焊缝接头,发现接头的连接方式由机械结合和冶金结合组成。钢側金属嵌入铝合金基体中,形成“钉子”和“弯钩”状分布,使得焊缝接头形成有效的机械结合;同时在铝钢融合线处发生了元素扩散,形成了金属间化合物,有一层致密均匀的金属间化合物 FeAl3在界面上生成,厚度约为5μm,其连接方式为冶金结合。所以铝-钢对接方式的搅拌摩擦焊接接头既有机械结合,也有冶金结合,双重的连接方式使得接头具有良好的力学性能。  拉伸试样断口的分析,发现断裂没有发生在铝钢金属的熔合线处,而是发生在了偏铝侧的热机影响区与焊核区的交界处,由于热机影响区受搅拌轴肩的影响,发生了沉淀相的偏析聚集,组织分布不均匀,硬度有所下降,成为了力学性能的薄弱区。拉伸试样有明显的颈缩现象,铝基断口比较平整,表面呈灰色,纤维状分布,断口呈45°开裂。在焊缝的上层和中层发生的是塑性断裂,在焊缝底层搅拌针没有搅到的铝钢结合处,发生了脆性断裂。
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