6082-T6铝合金厚板FSW接头的“S”线特征及其对力学性能的影响

作     者：刘思奇 

作者单位：东北大学 

学位级别：硕士

导师姓名：何长树

授予年度：2019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：6082-T6铝合金厚板 搅拌摩擦焊 “S”线 微观组织 力学性能 

摘      要：6082-T6铝合金因具备良好的耐蚀性和焊接性能,被广泛应用于航空航天和轨道交通行业中。目前,车体构件大多采用6082-T6铝合金,并通过熔焊或者搅拌摩擦焊等方式进行连接。利用熔焊对铝合金进行焊接时容易产生气孔、热裂纹和焊接变形等问题。而搅拌摩擦焊作为一种新型的固相连接技术,具有焊接效率高,焊接热输入小,焊后变形小等优点,在焊接铝合金厚板时,具有显著优势。近年来,搅拌摩擦焊技术（FSW）在铝合金焊接方面日渐成熟,但仍然存在一些严重且工程上易被忽视的问题,例如隧道孔、弱结合和“S线等。本文以超声探伤不合格的42mm厚6082-T6铝合金型材双面搅拌摩擦焊接头为研究对象,基于微观组织观察和力学性能测试手段系统研究了超声探伤提示的焊缝缺陷特征、类型以及对接头力学性能的影响规律。另外,本文还利用5.2mm厚6082-T6铝合金板材研究了 FSW焊接工艺参数对“S线形成及特征的影响规律,为优化铝合金搅拌摩擦焊工艺并推动其工程化应用提供实验和理论依据。对42mm厚6082-T6铝合金接头的宏、微观组织研究表明:沿焊缝厚度方向的“S线形态差异明显,距接头表面5mm轴肩影响区范围内的“S线主要以氧化物条带形式分布,宽度为3 80μm-1mm。随距表面距离的增加,轴针影响区范围内的“S线断续分布,氧化物条带变窄。EBSD结果显示“S线周围的基体晶粒组织细小并畸变严重。轴肩影响区和轴针影响区的“S线特征不同,其对42mm厚6082-T6铝合金接头轴肩影响区和轴针影响区力学性能的影响也明显不同。位于轴肩影响区的分层拉伸试样（即上、下表层拉伸试样）的抗拉强度分别为185MPa和171 MPa,延伸率分别为2.3%和1.8%,断裂位置位于“S线处;位于轴针影响区的分层试样的抗拉强度在173MPa-202MPa,延伸率为7.1%-8.3%,断裂位置位于接头软化区（显微硬度分布确定最低值区）。接头侧弯试样和取自表层面弯试样的裂纹都起源于轴肩影响区的“S线。接头中心层试样的疲劳极限为107MPa,疲劳源位于搅拌区或热机影响区。接头上、下表层试样的疲劳极限分别为92MPa和60MPa,疲劳源大多位于搅拌区“S线附近,“S线的存在严重降低了接头上、下表层试样的疲劳极限。以上结果可见,轴肩影响区的“S线是导致该区力学性能下降的根本原因。对5.2mm厚6082-T6铝合金板材在焊接速度为40-320mm/min,旋转速度为600-1500rpm下进行搅拌摩擦焊接,并对接头搅拌区的“S线特征进行分析,结果表明:旋转速度的改变对轴肩影响区“S线的分布特征作用明显,当转速为600rpm,焊接速度为40mm/min和80mm/min时,在接头轴肩影响区观察到呈氧化物条带分布的“S线,条带宽度达到110μm;当旋转速度增大至800rpm（焊速80mm/min-320mm/min）,轴肩影响区以条带分布的“S线特征消失;另外,焊接速度对轴针影响区的“S线分布特征的影响作用明显,转速一定时,随焊速减小,单位长度焊缝上搅拌针与金属搅拌摩擦的周次增加,轴针影响区“S线偏离焊缝中心的距离增大。当旋转速度为1500rpm,焊接速度为40mm/min时,搅拌区的“S线特征消失。