材料性能对铝合金搅拌摩擦焊焊缝成形及接头力学性能的影响

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1、学校代码10406分类号TG456.9密级学号120080502007硕士学位论文题目材料性能对铝合金搅拌摩擦焊焊缝成形及接头力学性能的影响作者潘锐学科、专业材料学指导教师李建萍申请学位日期2015年6月学校代码：10406分类号：TG456.9学号：120080502007南昌航空大学硕士学位论文（学位研究生）材料性能对铝合金搅拌摩擦焊焊缝成形及接头力学性能的影响硕士研究生：潘锐导师：李建萍申请学位级别：硕士学科、专业：材料学所在单位：材料科学与工程学院答辩日期：2015年6月授予学位单位：南昌航空大学Theeffecto

2、fMaterialpropertiesontheformationandmechanicalpropertiesoffrictionstirweldsforaluminumalloyADissertationSubmittedfortheDegreeofMasterOnMaterialssciencebyPanRuiUndertheSupervisionofProf.JianPingLi(SchoolofMaterialsScienceandEngineering)NanchangHangkongUniversity,Nan

3、chang,ChinaJune,2015摘要采用圆柱形带有左螺纹的搅拌头，对4mm厚的1060-Y2、6061-T4、5052-H32、2024-T351进行同种及异种铝合金进行搅拌摩擦焊对接试验。通过对同种铝合金的焊接，研究母材力学性能对FSW最佳工艺参数、焊缝金属塑性流动、接头力学性能的影响；分析材料力学性能对焊缝成形和接头性能的影响规律，为搅拌摩擦焊工艺参数的优化和接头力学性能的预测等提供理论依据。研究结果表明：搅拌头旋转速度和焊接速度在一定程度上决定着搅拌摩擦焊焊缝成形质量；低中等强度和硬度的铝合金进行搅拌摩擦焊接时

4、，在较宽的工艺参数范围内均可获得外观良好、内部组织无缺陷的的焊缝；且接头力学性能良好。高强度硬度的铝合金则只能在较窄的工艺参数范围内良好成形。在合理的工艺参数范围内，随着旋转速度或焊接速度的增加，接头的抗拉强度均呈先增大后减小的趋势。建立的数学模型可有效地预测最佳焊接工艺参数和接头力学性能。同种材料进行FSW对接时，随着旋转速度或焊接速度的增大，焊核的宽度和高度均呈先增大后减小的趋势；且在最佳工艺参数下，焊核有效面积最大，与此同时接头强度相对较高。随着被焊材料的抗拉强度和硬度值的升高，焊缝横截面焊核前进边高度Ha、返回边高度

5、Hr以及宽度W越大；同时厚度方向上的挤压效应随着母材力学性能的增大而增强。异种材料FSW焊缝横截面焊核区以及紊乱区主要是以前进边较硬的材料为主。在较佳的工艺参数下进行铝合金FSW，接头断裂位置均在前进边热影响区；当有包铝层存在于铝合金表面时接头断裂主要发生在包铝层伸入的焊核和热机影响区交界处。组织不均匀和二次相团聚是接头处产生薄弱点的主要原因，试样断裂形式主要为韧性断裂。接头与母材的力学性能存在一定的线性关系，且接头的强度和硬度均超过母材的80%；细晶强化是提高焊接头力学性能的主要原因。母材的强度和硬度越高，搅拌摩擦焊后接头

6、性能损失越严重。通过三种其他力学性能的铝合金搅拌摩擦焊对建立的数学模型进行了验证，得到的实验数据和数学模型的结果相差甚小，预测接头强度可控制在2%以内。这对于保证焊接构件的安全使用起到了至关重要的作用。为搅拌摩擦焊技术在航空航天构件中的应用提供一定的参考价值。关键词：材料力学性能，搅拌摩擦焊，流动行为，焊核尺寸，接头力学性能IAbstractInthispaper,thethicknessof4mmplatesof1060-Y2，6061-T4，5052-H32and2024-T351aluminumalloyswerewe

7、ldedbyfrictionstirweldingusedacylindricaltoolwithleft-handthread.Throughthemechanicalpropertiesofthematerialwaschangedtobewelded，Studyeffectofmaterialpropertiesonoptimalparameters,plasticmetalflowrule,thejointmechanicalproperties.Analysistheinfluenceofthemechanical

8、propertiesofthematerialonthequalityofweldjoints,optimizethejointperformanceforstirfrictionweldingprocessparametersprovideatheoreticalbasisforpred