攪拌頭形狀及時效處理對鋁合金接頭性能的影響.pdf

1、攪拌摩擦焊(FSW)是近二十年發(fā)展起來的一種新式焊接方法，此技術(shù)高效、綠色環(huán)保、焊縫質(zhì)量好，被廣泛地應(yīng)用于輕質(zhì)合金的焊接工作中，特別是鋁合金的焊接。攪拌頭是攪拌摩擦焊接技術(shù)中唯一的消耗品也是此項(xiàng)技術(shù)的核心，要獲得高質(zhì)量的焊縫必須擁有相匹配的攪拌頭。本文針對2024硬質(zhì)鋁合金用圓錐螺紋攪拌頭焊接，經(jīng)大量實(shí)驗(yàn)尋找到合適的焊接工藝窗口，比較焊縫的組織與性能尋找出最佳的焊接工藝參數(shù)為旋轉(zhuǎn)速度1000r/min、焊接速度80mm/min，主軸傾斜

2、角為2°，預(yù)熱時間為15s，在此參數(shù)下接頭的抗拉強(qiáng)度達(dá)到了364.29MPa，為母材的80.95%。
　　本研究設(shè)計(jì)了四種不同形狀的攪拌頭分別為1＃圓錐螺紋、2＃圓錐凸輪螺紋、3＃三棱錐和4＃偏心圓錐螺紋四種攪拌頭，在最佳焊接工藝條件下焊接4mm厚2024鋁合金，通過比較接頭的力學(xué)性能，觀察、分析焊縫的微觀組織及斷口形貌，比較不同攪拌頭焊接形成接頭性能的優(yōu)劣，選擇焊接性能最好的攪拌頭。研究結(jié)果表明：所有攪拌頭均能形成良好接頭，其中

3、三棱錐攪拌頭形成接頭橫截面呈完整的“洋蔥瓣”，焊核區(qū)的晶粒尺寸最小，為5-11μm；XRD分析表明，三棱錐攪拌頭形成接頭焊核區(qū)微晶尺寸最??；硬度在熱機(jī)影響區(qū)與熱影響區(qū)的交界處最小，但三棱錐攪拌頭形成的焊縫在此處的硬度值比其他攪拌頭的高；接頭殘余應(yīng)力均呈現(xiàn)“M”型，最大值出現(xiàn)在前進(jìn)側(cè)熱機(jī)影響區(qū)，為拉應(yīng)力，殘余應(yīng)力的大小關(guān)系為4＃＞1＃＞2＃＞3＃，這與焊接過程中的溫度場相一致。所有接頭的抗拉強(qiáng)度都達(dá)到母材的80%以上，但三棱錐攪拌頭形成接

4、頭的抗拉強(qiáng)度最高，達(dá)到了394.74MPa，為母材的87.72%，延伸率為15.38%。拉伸斷口形貌分析表明所有接頭斷裂方式均為塑性斷裂，因此3＃三棱錐攪拌頭焊接形成接頭性能最佳。比較不同時效工藝對接頭的影響，發(fā)現(xiàn)經(jīng)過150℃+170℃人工時效后，2024鋁合金焊接接頭性能最佳。經(jīng)過150℃+170℃人工時效后，接頭第二相粒子數(shù)量增加且沒有長大；前進(jìn)側(cè)的熱機(jī)影響區(qū)與熱影響區(qū)交界處硬度值比其他時效后的高，為110HV；其抗拉強(qiáng)度也最高，達(dá)