【摘要】：6061-T6鋁合金屬于中等強度材料,韌性較好,具有良好的塑性和耐蝕性,在建筑、交通、航天、兵器等行業(yè)得到了廣泛應(yīng)用。但是因鋁合金自身的焊接性問題,采用常規(guī)的焊接方法會產(chǎn)生氣孔、夾渣、裂紋等缺陷。尤其是鋁合金薄板,熱輸入難以控制且焊后變形嚴重。針對該問題,本文采用不同形貌的攪拌頭、不同的焊接工藝對1mm厚6061-T6鋁合金薄板進行了高轉(zhuǎn)速攪拌摩擦焊接試驗,對焊接接頭的表面成型、焊縫晶粒組織形貌及形變程度、接頭力學性能和攪拌頭受力情況進行了分析。攪拌頭外形對焊接質(zhì)量的影響結(jié)果表明:四棱臺型攪拌針設(shè)計的攪拌頭得到的焊接接頭質(zhì)量要明顯優(yōu)于四棱柱型和圓臺型攪拌針設(shè)計的攪拌頭。且在旋轉(zhuǎn)速度為11000rpm、焊接速度為300mm/min、軸肩下壓量為0.05mm時能夠獲得最優(yōu)的焊接質(zhì)量,其抗拉強度可達母材的87.2%,焊縫各區(qū)硬度值較高且分布均勻,焊縫橫截面整體呈現(xiàn)“扁T”形,熱機影響區(qū)、熱影響區(qū)較窄,焊核區(qū)晶粒組織致密,未發(fā)現(xiàn)明顯的“S曲線”。攪拌頭錐度對焊接質(zhì)量的影響結(jié)果表明:攪拌針側(cè)面與軸肩之間的夾角為110°的棱臺型攪拌頭體積適中,攪拌作用較強,接頭焊核區(qū)不易出現(xiàn)“S曲線”,且焊接工藝窗口較寬,機械性能最優(yōu)。攪拌針側(cè)面與軸肩之間的夾角為100°的棱臺型攪拌頭體積最大,攪拌作用最強,接頭焊核區(qū)未出現(xiàn)“S曲線”,但是焊縫組織結(jié)合不夠致密,機械性能最差。攪拌針側(cè)面與軸肩之間的夾角為120°和130°的棱臺型攪拌頭體積較小,攪拌作用較弱,得到的焊縫表面成型較好但是焊核區(qū)存在“S曲線”,焊縫致密度稍差且整體硬度值和抗拉強度稍低。前進阻力檢測分析結(jié)果表明:當主軸旋轉(zhuǎn)速度為11000rpm,其他焊接參數(shù)不變的情況下,隨著焊接速度的提高,攪拌頭所受前進阻力也逐漸增大,穩(wěn)定焊接階段一般在40到60N之間波動。當焊接速度過快,達到500mm/min時,焊接接頭出現(xiàn)溝槽缺陷,攪拌頭所受前進阻力峰值達到100N,振蕩幅度較大且振蕩頻率較高。當焊接速度為300mm/min,其他焊接參數(shù)不變的情況下,隨著主軸旋轉(zhuǎn)速度的提高,攪拌頭所受前進阻力稍有減小。當主軸旋轉(zhuǎn)速度達到13000rpm時,焊接接頭出現(xiàn)飛邊甚至溝槽缺陷,攪拌頭所受前進阻力振蕩幅度較大且振蕩頻率較高。焊縫組織EBSD分析結(jié)果顯示:高轉(zhuǎn)速條件下焊縫各區(qū)組織形變程度差異較大。熱影響區(qū)以變形態(tài)組織為主,其中小角度晶界所占比例為50%,晶粒平均尺寸為16.9μm;熱機影響區(qū)同時存在亞晶結(jié)構(gòu)和再結(jié)晶組織,晶粒大小、形態(tài)很不均勻,既有等軸晶,也有拉長的帶狀組織,小角度晶界所占比例為23.3%,該區(qū)域晶粒平均尺寸為10.2μm;焊核區(qū)金屬在攪拌頭高速攪拌作用下發(fā)生劇烈塑性變形及動態(tài)再結(jié)晶,晶粒組織主要為細小的等軸晶,平均尺寸為9.3μm,以大角度晶界為主,小角度晶界所占比例明顯降低,僅占20.1%,遠低于常規(guī)攪拌摩擦焊。
【學位授予單位】：江蘇科技大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TG453.9

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