6082-T6铝合金搅拌摩擦焊接头“S”线的形成机理及对组织与性能的影响研究

作     者：张航 

作者单位：长春工业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：宫文彪;刘杰

授予年度：2020年

学科分类：080503[工学-材料加工工程] 08[工学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 0802[工学-机械工程] 080201[工学-机械制造及其自动化] 

主      题：搅拌摩擦焊 铝合金 “S”线 力学性能 疲劳寿命 

摘      要：铝合金具有质轻、强度高、无低温脆性、可持续使用等优势,被广泛应用于交通制造领域。铝合金采用传统熔化焊接存在诸多问题如:气孔、热裂纹、环境污染、弧光、焊接变形等。搅拌摩擦焊(FSW)是一种新型的固相连接技术,被认为是解决铝合金焊接性问题最为有效的方法之一。本文采用4mm厚6082-T6铝合金进行搅拌摩擦焊试验,利用OM、SEM、TEM、显微硬度仪、拉伸试验机、盐雾环境箱、疲劳试验机等仪器,研究了焊接参数对“S线形貌的变化,分析了“S线形貌特征对接头组织性能的影响。提出了“S线堆积流动行为、“S线生长机理和“S线运动轨迹规律模型,并进一步研究消除“S线的工艺方法。研究结果表明,FSW焊接参数试验中,接头横截面发现“S线,当焊接速度为1500mm/min时,焊缝底部出现孔洞型缺陷。通过提出的“S线堆积流动行为、生长机理和运动轨迹规律模型,分别解释了AlO颗粒在塑性流动过程中的位置取向,焊缝表面“S线宽度和形貌变化,以及横截面“S线轨迹变化规律。焊接过程中焊核区产生的堆积侧空腔,导致接头表面“S线偏离焊缝中心线的距离存在差异。微观分析发现焊缝中心区域,腐蚀后形成的沟槽内残留有AlO颗粒,推断“S线是焊接过程中,铝被氧化形成的氧化膜被搅拌针破碎后,聚集形成的条带线,腐蚀后AlO颗粒脱离母材形成的沟槽。显微硬度分析表明,接头硬度曲线呈“W型分布,最小硬度值出现在紧邻热机械影响区的前进侧热影响区;拉伸试验结果表明,当焊接速度为600mm/min时,接头的抗拉强度最高达到母材的84%,断后延伸率为3.9%,断裂发生在焊核区“S线。当焊接速度为50mm/min时,接头的抗拉强度为母材的51%,断后延伸率为6.5%,断裂发生在前进侧热影响区;弯曲性能试验表明,当焊接速度为50mm/min、400mm/min时,弯曲试样完好。其余焊接参数弯曲试验,背弯试样完好,但正弯试样均发生断裂。当在单块板上进行搅拌焊时,焊缝中并未发现接头中有“S线;两次重复焊接和对焊缝进行氩气保护可以减弱接头“S线的形成。显微硬度测量表明,两次重复焊接头硬度曲线为“V型,其余工艺方法硬度曲线呈“W型分布。拉伸试验结果表明,无对接缝的单块板搅拌焊,接头抗拉强度最大可达291MPa,且拉伸断口位于热影响区;两次重复焊接方法,拉伸断口在焊核区呈45°断裂;氩气保护焊缝和焊前对板材阳极氧化处理的焊接方法,拉伸断口位于焊核区“S线。弯曲试验结果表明,在单块板上进行焊接和两次重复焊接接头可弯曲180°未开裂,而氩气保护焊缝和焊前阳极氧化焊接接头弯曲时,断裂发生在焊核区“S线。对焊接速度为600mm/min的FSW接头进行疲劳性能试验,接头所承受的最大应力幅S=149.2344N,中值疲劳极限为σ=103.93MPa。对无对接缝的单块板、两次重复焊、氩气保护焊缝三种工艺方法制备的接头做疲劳寿命试验。结果表明:单块板疲劳寿命为1.0×10,试样未发生断裂;两次重复焊疲劳试样发生断裂的疲劳寿命为8867547,断裂位于热影响区;氩气保护焊缝疲劳试样发生断裂的疲劳寿命为7167883,断裂位于焊核区,且断裂试样的疲劳寿命接近规定疲劳寿命极限。