6082鋁合金超厚板攪拌摩擦焊溫度場及接頭組織與性能研究
發(fā)布時(shí)間：2021-03-21 05:46
攪拌摩擦焊是一種新型高效的鋁合金連接技術(shù),近年來被廣泛的應(yīng)用于軌道客車鋁合金車體的制造。目前,對(duì)于攪拌摩擦焊焊接大厚板鋁合金的研究還比較少,而且大都局限于厚度在35 mm以下的鋁合金。然而,許多實(shí)際工程應(yīng)用中很多零部件的厚度遠(yuǎn)大于35 mm,例如,新一代標(biāo)準(zhǔn)動(dòng)車組的車鉤座厚度達(dá)到80mm,這種情況下薄板攪拌摩擦焊研究的理論基礎(chǔ)對(duì)厚板焊接并不適用,因此開展大厚板鋁合金攪拌摩擦焊的實(shí)驗(yàn)研究具有重要的理論價(jià)值和工程意義。本文選取軌道客車生產(chǎn)中常用的80 mm厚6082-T4鋁合金,采用攪拌摩擦雙面焊接的方法對(duì)其進(jìn)行連接,焊后進(jìn)行180℃×5 h的人工時(shí)效處理。研究了超厚板鋁合金攪拌摩擦焊接頭沿焊縫厚度方向上的溫度梯度變化及其對(duì)各個(gè)區(qū)域組織結(jié)構(gòu)、力學(xué)性能影響。研究結(jié)果表明,超厚板鋁合金攪拌摩擦焊接頭沿厚度方向上的溫度梯度存在明顯差異,距離母材上表面越近溫度越高,反之則溫度越低。超厚板鋁合金FSW接頭分為五個(gè)區(qū)域,即WNZ1-3（焊核區(qū)）、TMAZ（熱機(jī)械影響區(qū)）、HAZTMAZ（靠近熱機(jī)械影響區(qū)一側(cè)的熱影響區(qū)）、HAZBM（靠近母材區(qū)一側(cè)的熱影響區(qū)）...
【文章來源】：長春工業(yè)大學(xué)吉林省
【文章頁數(shù)】：81 頁
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【部分圖文】：
mm厚6063鋁合金攪拌摩擦焊熱循環(huán)溫度曲線[30]
第1章緒論7WNZ，TMAZ和HAZ中的晶粒尺寸明顯低于正常接頭。外部冷卻可最大限度地減少焊接接頭的軟化程度，并減小HAZ和TMAZ的寬度。當(dāng)前的試驗(yàn)研究表明，水冷卻是一種更好的外部冷卻方法，該方法下WNZ中Mg元素的溶解最小，導(dǎo)致7039鋁合金的攪拌摩擦焊接頭具有更好的機(jī)械性能。Sato[30]等人還通過透射電子顯微鏡（TEM）和取向成像顯微鏡（OIM）表征了6mm厚的可熱處理強(qiáng)化6063鋁合金攪拌摩擦焊接頭的微觀結(jié)構(gòu)。結(jié)合焊接熱循環(huán)溫度曲線得出結(jié)論：各個(gè)區(qū)域由于溫度的差異產(chǎn)生的沉淀相不同，圖1.2所示為不同溫度下6063鋁合金攪拌摩擦焊過程中沉淀相的析出序列。Sato認(rèn)為熱影響區(qū)中長度為40nm的針狀沉淀相的溶解和長度為200nm的棒狀沉淀相的粗化導(dǎo)致焊縫軟化。圖1.26063鋁合金攪拌摩擦焊過程中的析出序列示意圖[30]Fig1.2Precipitationsequencediagramof6063aluminumalloyduringfrictionstirweldingGallais[38]等人研究了兩種初始條件（T4和T78）下6mm厚的6056鋁合金攪拌摩擦焊接頭的微觀組織演變及其對(duì)硬度的影響。差示掃描量熱分析結(jié)果表明T4態(tài)焊縫熱影響區(qū)中的位錯(cuò)和彌散體上發(fā)生明顯的非均勻沉淀（Q相（Al5Cu2Mg8Si6）），導(dǎo)致焊接后基體過飽和度顯著降低，而T78態(tài)焊縫熱影響區(qū)則表現(xiàn)為初始硬化沉淀物的粗化和溶解。同時(shí)，為了更好地理解工藝參數(shù)（尤其是焊接熱循環(huán)），微觀結(jié)構(gòu)演變和硬化之間的關(guān)系，建立了基于沉淀和硬化的物理模型。任志遠(yuǎn)[39]等人對(duì)2.2mm厚的5052-H32鋁合金薄板進(jìn)行攪拌摩擦焊焊接，并對(duì)接頭組織、性能進(jìn)行分析。轉(zhuǎn)速為700r／min、焊速為150mm／min時(shí)，接頭性能最好，該條件下焊核區(qū)晶粒尺寸僅為17μm，小于母材晶粒的l/2。
第1章緒論9圖1.3攪拌針下扎過程中不同旋轉(zhuǎn)速度下的焊接熱循環(huán)曲線[42]（a）300rpm和400rpm（b）300rpm和600rpmFig1.3Weldingthermalcyclecurvesatdifferentrotationspeedsduringstirringofthestirringpin[42](a)300rpmand400rpm(b)300rpmand600rpm圖1.4穩(wěn)定焊接期間不同焊接參數(shù)下的焊接熱循環(huán)曲線[42]（a）不同的旋轉(zhuǎn)速度（焊接速度為80mm/min）;（b）不同的焊接速度（旋轉(zhuǎn)速度為600rmp/min）Fig1.4Weldingthermalcyclecurveunderdifferentweldingparametersduringstablewelding[42](a)Differentrotationspeed(weldingspeedis80mm/min);(b)Differentweldingspeed(rotationspeedis600rmp/min)羅維[43]采用不同的焊接速度分別對(duì)22mm和60mm厚的6061-T6鋁合金進(jìn)行攪拌摩擦焊溫度場的模擬。研究發(fā)現(xiàn)，焊接速度對(duì)焊接過程中的溫度變化有重要影響。對(duì)于60mm鋁合金的攪拌摩擦焊接而言，軸肩對(duì)焊核區(qū)上部溫度場分布的影響較大，隨著焊縫深度的增加，軸肩產(chǎn)熱的影響逐漸減小，對(duì)溫度場分布的影響也隨之減�。欢鴶嚢栳樦饕獙�(duì)焊核區(qū)底部溫度場分布起主要作用。對(duì)比22mm和60mm的溫度場分布情況發(fā)現(xiàn)，兩種厚度下，溫度值最高的位置均為軸肩和攪拌針連接的部位；待焊區(qū)域的溫度明顯低于已焊區(qū)域的溫度，且待焊區(qū)域的溫度梯度相差大，已焊區(qū)域的溫度梯度相差校此外，兩種厚度下的溫度場也存在明顯的不同，60mm厚的溫度場的
本文編號(hào)：3092445
【文章來源】：長春工業(yè)大學(xué)吉林省
【文章頁數(shù)】：81 頁
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【部分圖文】：
mm厚6063鋁合金攪拌摩擦焊熱循環(huán)溫度曲線[30]
第1章緒論7WNZ，TMAZ和HAZ中的晶粒尺寸明顯低于正常接頭。外部冷卻可最大限度地減少焊接接頭的軟化程度，并減小HAZ和TMAZ的寬度。當(dāng)前的試驗(yàn)研究表明，水冷卻是一種更好的外部冷卻方法，該方法下WNZ中Mg元素的溶解最小，導(dǎo)致7039鋁合金的攪拌摩擦焊接頭具有更好的機(jī)械性能。Sato[30]等人還通過透射電子顯微鏡（TEM）和取向成像顯微鏡（OIM）表征了6mm厚的可熱處理強(qiáng)化6063鋁合金攪拌摩擦焊接頭的微觀結(jié)構(gòu)。結(jié)合焊接熱循環(huán)溫度曲線得出結(jié)論：各個(gè)區(qū)域由于溫度的差異產(chǎn)生的沉淀相不同，圖1.2所示為不同溫度下6063鋁合金攪拌摩擦焊過程中沉淀相的析出序列。Sato認(rèn)為熱影響區(qū)中長度為40nm的針狀沉淀相的溶解和長度為200nm的棒狀沉淀相的粗化導(dǎo)致焊縫軟化。圖1.26063鋁合金攪拌摩擦焊過程中的析出序列示意圖[30]Fig1.2Precipitationsequencediagramof6063aluminumalloyduringfrictionstirweldingGallais[38]等人研究了兩種初始條件（T4和T78）下6mm厚的6056鋁合金攪拌摩擦焊接頭的微觀組織演變及其對(duì)硬度的影響。差示掃描量熱分析結(jié)果表明T4態(tài)焊縫熱影響區(qū)中的位錯(cuò)和彌散體上發(fā)生明顯的非均勻沉淀（Q相（Al5Cu2Mg8Si6）），導(dǎo)致焊接后基體過飽和度顯著降低，而T78態(tài)焊縫熱影響區(qū)則表現(xiàn)為初始硬化沉淀物的粗化和溶解。同時(shí)，為了更好地理解工藝參數(shù)（尤其是焊接熱循環(huán)），微觀結(jié)構(gòu)演變和硬化之間的關(guān)系，建立了基于沉淀和硬化的物理模型。任志遠(yuǎn)[39]等人對(duì)2.2mm厚的5052-H32鋁合金薄板進(jìn)行攪拌摩擦焊焊接，并對(duì)接頭組織、性能進(jìn)行分析。轉(zhuǎn)速為700r／min、焊速為150mm／min時(shí)，接頭性能最好，該條件下焊核區(qū)晶粒尺寸僅為17μm，小于母材晶粒的l/2。
第1章緒論9圖1.3攪拌針下扎過程中不同旋轉(zhuǎn)速度下的焊接熱循環(huán)曲線[42]（a）300rpm和400rpm（b）300rpm和600rpmFig1.3Weldingthermalcyclecurvesatdifferentrotationspeedsduringstirringofthestirringpin[42](a)300rpmand400rpm(b)300rpmand600rpm圖1.4穩(wěn)定焊接期間不同焊接參數(shù)下的焊接熱循環(huán)曲線[42]（a）不同的旋轉(zhuǎn)速度（焊接速度為80mm/min）;（b）不同的焊接速度（旋轉(zhuǎn)速度為600rmp/min）Fig1.4Weldingthermalcyclecurveunderdifferentweldingparametersduringstablewelding[42](a)Differentrotationspeed(weldingspeedis80mm/min);(b)Differentweldingspeed(rotationspeedis600rmp/min)羅維[43]采用不同的焊接速度分別對(duì)22mm和60mm厚的6061-T6鋁合金進(jìn)行攪拌摩擦焊溫度場的模擬。研究發(fā)現(xiàn)，焊接速度對(duì)焊接過程中的溫度變化有重要影響。對(duì)于60mm鋁合金的攪拌摩擦焊接而言，軸肩對(duì)焊核區(qū)上部溫度場分布的影響較大，隨著焊縫深度的增加，軸肩產(chǎn)熱的影響逐漸減小，對(duì)溫度場分布的影響也隨之減�。欢鴶嚢栳樦饕獙�(duì)焊核區(qū)底部溫度場分布起主要作用。對(duì)比22mm和60mm的溫度場分布情況發(fā)現(xiàn)，兩種厚度下，溫度值最高的位置均為軸肩和攪拌針連接的部位；待焊區(qū)域的溫度明顯低于已焊區(qū)域的溫度，且待焊區(qū)域的溫度梯度相差大，已焊區(qū)域的溫度梯度相差校此外，兩種厚度下的溫度場也存在明顯的不同，60mm厚的溫度場的
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