6000系鋁合金雙面/雙軸肩攪拌摩擦焊接接頭組織與性能研究
發(fā)布時間：2021-10-22 02:50
攪拌摩擦焊接（Friction stir welding,FSW）作為一項新興的固相連接工藝在鋁合金薄板及中厚板焊接方面表現(xiàn)優(yōu)異且已實現(xiàn)多項成功應用,使得其近年來在鋁合金厚板和中空型材的焊接中備受期待。一方面,厚板FSW與薄板及中厚板FSW存在很大不同,其在溫度場和材料流變上均存在極大不均勻性,通常雙面FSW（Double-side FSW,DS-FSW）可有效解決以上問題。然而,目前關于厚板FSW的研究仍然不夠深入,其中溫度場分布及材料流變對微觀組織演變的影響機理仍不明晰,缺少微觀組織演變與力學性能之間具體關系的建立。另一方面,中空型材的焊接無法采用常規(guī)FSW（Conventional FSW,C-FSW）進行,雙軸肩FSW（Bobbin tool FSW,BT-FSW）的出現(xiàn)解決了中空型材的焊接問題,并可避免C-FSW中底部缺陷的產生。盡管BT-FSW已有較多研究,但仍然缺少與C-FSW本質差異的揭示以及微觀組織的優(yōu)化調控。本文圍繞上述兩個方向展開研究。一、針對厚板FSW的現(xiàn)狀與問題,采用DS-FSW對80 mm 6082Al超厚板進行對接焊接,分析了焊接工藝對接頭局部區(qū)域和整體微...
【文章來源】：中國科學技術大學安徽省 211工程院校 985工程院校
【文章頁數(shù)】：135 頁
【學位級別】：博士
【部分圖文】：
圖１．１攪拌摩擦焊接原理示意圖??
?第１章緒論???速焊接以實現(xiàn)組織性能的調控，較單軸驅動更為靈活高效［１２＿１４］。單軸驅動分步??ＤＳ－ＦＳＷ焊接參數(shù)設定過程與常規(guī)ＦＳＷ相同，而厚板的焊接通常在低轉速??（３００￣６００?ｒｐｍ）與低焊速（５０？２００?ｍｍ／ｍｉｎ）下進行焊接。雙軸驅動ＤＳ－ＦＳＷ??可根據(jù)焊接需求對上下焊接工具的旋向、焊接轉速和焊速分別進行設定。??（ａ）?分步焊接?ｉ（ｂ＞?雙軸驅動??Ｈｆｔｒ??圖１．２雙面焊接示意圖：（ａ）單向驅動分步焊接［１］，?（ｂ）雙向驅動［３’１１］??Ｆｉｇ．?１．２?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ＤＳ－ＦＳＷ：?（ａ）?Ｗｅｌｄｉｎｇ?ｉｎ?ｓｅｑｕｅｎｃｅ?ｆｏｒ?ｓｉｎｇｌｅ－ｄｒｉｖｅ，?（ｂ）?Ｄｕａｌ－ｄｒｉｖｅ??ＤＳ－ＦＳＷ??１．２．２．２雙軸肩攪拌摩擦焊??雙軸肩攪拌摩擦焊（ＢＴ－ＦＳＷ），最早同樣由英國焊接研究所（ＴＷＩ）提出??［１５，１６］，也稱自適應攪拌摩擦焊（Ｓｅｌｆ－ｒｅａｃｔｉｎｇ?ＦＳＷ）或自支撐攪拌摩擦焊??（Ｓｅｌｆ－ｓｕｐｐｏｒｔ?ＦＳＷ）。所用工具是在傳統(tǒng)ＦＳＷ工具基礎上做出改進設計，通過??攪拌針連接上下兩個軸肩，焊接時高速旋轉的工具以零傾角橫向進入待焊板材，??上軸肩位于板材上方，下軸肩位于板材下方充當墊板支撐作用，上、下軸肩同時??接觸并擠壓待焊板材產生摩擦熱使材料軟化，軟化的材料在上、下軸肩包裹下形??成“密閉空間”同時發(fā)生劇烈塑性變形而形成焊縫，其焊接過程及原理如圖１．３??所示。??５??
?第１章緒論???Ｗｏｒｋｐｉｅｃｅ??Ｕｐｐｅｒ?ｓｈ＾ｌｅｒｊ?｜?／／??Ｌｏｗｅｒ?ｓｈｏｕｌｄｅｒ??圖１．３雙軸肩ＦＳＷ過程及焊接原理示意圖??Ｆｉｇ．?１．３?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ＢＴ－ＦＳＷ??與常規(guī)ＦＳＷ相比，ＢＴ－ＦＳＷ具有諸多特點與優(yōu)勢［２，１７］：下部軸肩的添加使??得ＢＴ－ＦＳＷ不需要底部墊板，對工裝裝夾和設備剛度要求低；可實現(xiàn)中空結構??的焊接；下部軸肩的添加消除了底部缺陷的風險；上下軸肩共同作用使得板材變??形更加均勻，殘余變形��；上下軸肩的共同作用使得沿板材厚度方向溫度分布更??加均勻，使得沿厚度方向微觀組織更為均勻。??由于ＢＴ－ＦＳＷ焊接過程無傾角，工具橫向垂直板材進入，導致工具承受較??大的橫向力矩，因而，對工具強度剛度有很高要求。為解決這一問題，通常有兩??種方式：第一種是在待焊板材端部預制適當尺寸的通孔，焊接前可將工具預先置??于通孔中，避免工具在焊接初始階段進入板材時承受巨大的橫向力矩；第二種是??逐步提高焊速的方法，焊接時初始設定較低的焊接速度使工具低速進入材料，待??材料摩擦產熱發(fā)生軟化后再逐步提高焊速到穩(wěn)定值［４，１８］。因此，焊接工具和焊接??參數(shù)是影響ＢＴ－ＦＳＷ焊接成型質量的關鍵因素。??目前，雙軸肩工具可分為固定間隙式與可調間隙式兩種［｜８，１９］，其中又包含??浮動式雙軸肩工具。其中固定間隙式即兩軸肩之間的距離（攪拌針長）是不可調??節(jié)的，而可調間隙式即兩軸肩之間的間隙（攪拌針長）可實現(xiàn)一定距離的調節(jié)以??適應板材細微的厚度差。固定間隙式工具可焊接的板材厚度范圍非常有限，由于??焊接時間隙距離要略小于待焊板材厚度以使上、下
【參考文獻】：
期刊論文
[1]6082鋁合金超厚板攪拌摩擦焊接頭組織與性能[J]. 宮文彪,朱芮,郄新哲,崔恒,宮明月. 吉林大學學報(工學版). 2020(02)
[2]Research Progress of Bobbin Tool Friction Stir Welding of Aluminum Alloys:A Review[J]. Guo-Qing Wang,Yan-Hua Zhao,Ying-Ying Tang. Acta Metallurgica Sinica（English Letters）. 2020(01)
[3]異種攪拌摩擦焊Incoloy 825鎳基超合金和2507超級雙相不銹鋼的顯微組織和力學性能（英文）[J]. Jalal KANGAZIAN,Morteza SHAMANIAN. Transactions of Nonferrous Metals Society of China. 2019(08)
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[5]Ti-6Al-4V合金水下攪拌摩擦焊接頭的低溫與高應變速率超塑性（英文）[J]. 吳利輝,張昊,曾祥浩,薛鵬,肖伯律,馬宗義. Science China Materials. 2018(03)
[6]Fabrication of large-bulk ultrafine grained 6061 aluminum alloy by rolling and low-heat-input friction stir welding[J]. C.Y.Liu,B.Qu,P.Xue,Z.Y.Ma,K.Luo,M.Z.Ma,R.P.Liu. Journal of Materials Science & Technology. 2018(01)
[7]Friction stir welding of high-strength aerospace aluminum alloy and application in rocket tank manufacturing[J]. Guoqing Wang,Yanhua Zhao,Yunfei Hao. Journal of Materials Science & Technology. 2018(01)
[8]Friction stir based welding and processing technologies-processes,parameters,microstructures and applications:A review[J]. G.K.Padhy,C.S.Wu,S.Gao. Journal of Materials Science & Technology. 2018(01)
[9]超細晶純銅的本征高周疲勞行為研究（英文）[J]. 薛鵬,黃治冶,王貝貝,田艷中,王文廣,肖伯律,馬宗義. Science China Materials. 2016(07)
[10]Mechanical Properties and Microstructure of 6082-T6 Aluminum Alloy Joints by Self-support Friction Stir Welding[J]. Long Wan,Yongxian Huang,Weiqiang Guo,Shixiong Lv,Jicai Feng. Journal of Materials Science & Technology. 2014(12)
本文編號：3450234
【文章來源】：中國科學技術大學安徽省 211工程院校 985工程院校
【文章頁數(shù)】：135 頁
【學位級別】：博士
【部分圖文】：
圖１．１攪拌摩擦焊接原理示意圖??
?第１章緒論???速焊接以實現(xiàn)組織性能的調控，較單軸驅動更為靈活高效［１２＿１４］。單軸驅動分步??ＤＳ－ＦＳＷ焊接參數(shù)設定過程與常規(guī)ＦＳＷ相同，而厚板的焊接通常在低轉速??（３００￣６００?ｒｐｍ）與低焊速（５０？２００?ｍｍ／ｍｉｎ）下進行焊接。雙軸驅動ＤＳ－ＦＳＷ??可根據(jù)焊接需求對上下焊接工具的旋向、焊接轉速和焊速分別進行設定。??（ａ）?分步焊接?ｉ（ｂ＞?雙軸驅動??Ｈｆｔｒ??圖１．２雙面焊接示意圖：（ａ）單向驅動分步焊接［１］，?（ｂ）雙向驅動［３’１１］??Ｆｉｇ．?１．２?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ＤＳ－ＦＳＷ：?（ａ）?Ｗｅｌｄｉｎｇ?ｉｎ?ｓｅｑｕｅｎｃｅ?ｆｏｒ?ｓｉｎｇｌｅ－ｄｒｉｖｅ，?（ｂ）?Ｄｕａｌ－ｄｒｉｖｅ??ＤＳ－ＦＳＷ??１．２．２．２雙軸肩攪拌摩擦焊??雙軸肩攪拌摩擦焊（ＢＴ－ＦＳＷ），最早同樣由英國焊接研究所（ＴＷＩ）提出??［１５，１６］，也稱自適應攪拌摩擦焊（Ｓｅｌｆ－ｒｅａｃｔｉｎｇ?ＦＳＷ）或自支撐攪拌摩擦焊??（Ｓｅｌｆ－ｓｕｐｐｏｒｔ?ＦＳＷ）。所用工具是在傳統(tǒng)ＦＳＷ工具基礎上做出改進設計，通過??攪拌針連接上下兩個軸肩，焊接時高速旋轉的工具以零傾角橫向進入待焊板材，??上軸肩位于板材上方，下軸肩位于板材下方充當墊板支撐作用，上、下軸肩同時??接觸并擠壓待焊板材產生摩擦熱使材料軟化，軟化的材料在上、下軸肩包裹下形??成“密閉空間”同時發(fā)生劇烈塑性變形而形成焊縫，其焊接過程及原理如圖１．３??所示。??５??
?第１章緒論???Ｗｏｒｋｐｉｅｃｅ??Ｕｐｐｅｒ?ｓｈ＾ｌｅｒｊ?｜?／／??Ｌｏｗｅｒ?ｓｈｏｕｌｄｅｒ??圖１．３雙軸肩ＦＳＷ過程及焊接原理示意圖??Ｆｉｇ．?１．３?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ＢＴ－ＦＳＷ??與常規(guī)ＦＳＷ相比，ＢＴ－ＦＳＷ具有諸多特點與優(yōu)勢［２，１７］：下部軸肩的添加使??得ＢＴ－ＦＳＷ不需要底部墊板，對工裝裝夾和設備剛度要求低；可實現(xiàn)中空結構??的焊接；下部軸肩的添加消除了底部缺陷的風險；上下軸肩共同作用使得板材變??形更加均勻，殘余變形��；上下軸肩的共同作用使得沿板材厚度方向溫度分布更??加均勻，使得沿厚度方向微觀組織更為均勻。??由于ＢＴ－ＦＳＷ焊接過程無傾角，工具橫向垂直板材進入，導致工具承受較??大的橫向力矩，因而，對工具強度剛度有很高要求。為解決這一問題，通常有兩??種方式：第一種是在待焊板材端部預制適當尺寸的通孔，焊接前可將工具預先置??于通孔中，避免工具在焊接初始階段進入板材時承受巨大的橫向力矩；第二種是??逐步提高焊速的方法，焊接時初始設定較低的焊接速度使工具低速進入材料，待??材料摩擦產熱發(fā)生軟化后再逐步提高焊速到穩(wěn)定值［４，１８］。因此，焊接工具和焊接??參數(shù)是影響ＢＴ－ＦＳＷ焊接成型質量的關鍵因素。??目前，雙軸肩工具可分為固定間隙式與可調間隙式兩種［｜８，１９］，其中又包含??浮動式雙軸肩工具。其中固定間隙式即兩軸肩之間的距離（攪拌針長）是不可調??節(jié)的，而可調間隙式即兩軸肩之間的間隙（攪拌針長）可實現(xiàn)一定距離的調節(jié)以??適應板材細微的厚度差。固定間隙式工具可焊接的板材厚度范圍非常有限，由于??焊接時間隙距離要略小于待焊板材厚度以使上、下
【參考文獻】：
期刊論文
[1]6082鋁合金超厚板攪拌摩擦焊接頭組織與性能[J]. 宮文彪,朱芮,郄新哲,崔恒,宮明月. 吉林大學學報(工學版). 2020(02)
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[4]Microstructural evolution of aluminum alloy during friction stir welding under different tool rotation rates and cooling conditions[J]. X.H.Zeng,P.Xue,L.H.Wu,D.R.Ni,B.L.Xiao,K.S.Wang,Z.Y.Ma. Journal of Materials Science & Technology. 2019(06)
[5]Ti-6Al-4V合金水下攪拌摩擦焊接頭的低溫與高應變速率超塑性（英文）[J]. 吳利輝,張昊,曾祥浩,薛鵬,肖伯律,馬宗義. Science China Materials. 2018(03)
[6]Fabrication of large-bulk ultrafine grained 6061 aluminum alloy by rolling and low-heat-input friction stir welding[J]. C.Y.Liu,B.Qu,P.Xue,Z.Y.Ma,K.Luo,M.Z.Ma,R.P.Liu. Journal of Materials Science & Technology. 2018(01)
[7]Friction stir welding of high-strength aerospace aluminum alloy and application in rocket tank manufacturing[J]. Guoqing Wang,Yanhua Zhao,Yunfei Hao. Journal of Materials Science & Technology. 2018(01)
[8]Friction stir based welding and processing technologies-processes,parameters,microstructures and applications:A review[J]. G.K.Padhy,C.S.Wu,S.Gao. Journal of Materials Science & Technology. 2018(01)
[9]超細晶純銅的本征高周疲勞行為研究（英文）[J]. 薛鵬,黃治冶,王貝貝,田艷中,王文廣,肖伯律,馬宗義. Science China Materials. 2016(07)
[10]Mechanical Properties and Microstructure of 6082-T6 Aluminum Alloy Joints by Self-support Friction Stir Welding[J]. Long Wan,Yongxian Huang,Weiqiang Guo,Shixiong Lv,Jicai Feng. Journal of Materials Science & Technology. 2014(12)
本文編號：3450234
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