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《華南理工大學(xué)》 2014年

船用5083鋁合金板材攪拌摩擦焊技術(shù)研究

古寶康  

【摘要】：攪拌摩擦焊(Friction stir welding, FSW)是一種新型的固相連接技術(shù)，特別適合鋁、鎂等輕金屬的焊接，具有高效、節(jié)能、環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)。5083鋁合金擁有良好的力學(xué)性能、優(yōu)良的耐腐蝕性和可焊性，被廣泛應(yīng)用于造船業(yè)。本文主要研究了3mm厚的5083鋁合金攪拌摩擦焊接技術(shù)，并研究了不同的焊接工藝對(duì)接頭成形、組織和力學(xué)性能的影響，同時(shí)考察了接頭的耐腐蝕性能。 通過(guò)對(duì)5083鋁合金的FSW工藝的研究發(fā)現(xiàn)，焊接過(guò)程中下壓量、旋轉(zhuǎn)速度(ω)和焊接速度(v)同時(shí)影響接頭的成形質(zhì)量，選擇合適的參數(shù)組合能夠獲得表面成形美觀、內(nèi)部致密無(wú)缺陷的接頭。當(dāng)攪拌針長(zhǎng)度為2.85mm，焊接3mm厚的5083鋁合金板材時(shí)，合適的下壓量為0.05~0.1mm。焊接過(guò)程中，增大ω和降低v將使接頭熱輸入量過(guò)大，形成飛邊。相反，接頭熱輸入量太小，材料不能達(dá)到充分的熱塑性狀態(tài)，接頭易形成隧道型孔洞缺陷。當(dāng)ω為800rpm時(shí)，v在60~150mm/min時(shí)可獲得致密的接頭，當(dāng)ω為1500rpm時(shí)，v的合適范圍是60~300mm/min。 研究了5083鋁合金FSW焊接參數(shù)對(duì)接頭組織與力學(xué)性能影響。觀察5083鋁合金FSW接頭的微觀組織可以發(fā)現(xiàn)，從接頭中心到兩邊分別為攪拌區(qū)、熱機(jī)影響區(qū)、熱影響區(qū)和母材區(qū)，其中攪拌區(qū)發(fā)生動(dòng)態(tài)再結(jié)晶產(chǎn)生細(xì)小的等軸晶，可以觀察到典型的“洋蔥環(huán)”結(jié)構(gòu)。固定ω不變，攪拌區(qū)晶粒平均尺寸隨著v的增大而減小，在800rpm，300mm/min條件下，攪拌區(qū)的平均晶粒尺寸為4.3μm。由于晶粒細(xì)化，攪拌區(qū)的硬度值比母材高，為85HV。在800rpm條件下，當(dāng)焊接速度為60mm/min時(shí)，獲得的接頭抗拉強(qiáng)度為316MPa，，斷后伸長(zhǎng)率為21.2%，接頭的斷裂機(jī)制為韌脆混合型斷裂；焊接速度為250mm/min和300mm/min時(shí)，由于接頭存在宏觀孔洞缺陷，接頭性能顯著下降。在77K溫度環(huán)境下，接頭抗拉強(qiáng)度為403MPa，斷后伸長(zhǎng)率為33.5%，通過(guò)觀察斷口形貌可以發(fā)現(xiàn)，接頭斷裂形式為韌性斷裂。 考察了5083鋁合金攪拌摩擦焊接頭與母材的耐腐蝕性能，焊縫的耐蝕性能比母材好。在3.5wt%NaCl溶液浸泡試驗(yàn)中，5083鋁合金FSW接頭與母材腐蝕速率相當(dāng)。在中性鹽霧腐蝕試驗(yàn)環(huán)境中，試樣的腐蝕失重隨測(cè)試時(shí)間增長(zhǎng)而增加。極化曲線測(cè)試結(jié)果表明，接頭的自腐蝕電位比母材高，由于攪拌區(qū)組織與成分均勻化，使接頭耐腐蝕性能增強(qiáng)。通過(guò)晶間腐蝕測(cè)試，接頭評(píng)級(jí)為不敏感，母材內(nèi)部由于β相呈網(wǎng)狀分布，對(duì)晶間腐蝕敏感。

【關(guān)鍵詞】：
【學(xué)位授予單位】：華南理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號(hào)】：TG453.9
【目錄】：

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