镁合金搅拌摩擦搭接焊接头工艺与力学性能的研究

【摘要】本文采用搅拌摩擦焊技术对2mm厚度的挤压态变形AZ61B镁合金进行搭接实验,主要研究了不同焊接工艺参数对接头连接性能的影响,文中选取的焊接工艺参数主要包括了旋转速度、焊接速度、轴肩下压量、搅拌头形状、受载方式等。通过结合国内外研究现状以及搅拌摩擦焊的连接机理,探索了AZ61B镁合金的搅拌摩擦搭接焊最佳工艺参数,以及不同搅拌头形状作用下的焊缝迁移界面形态；通过合理控制焊接工艺参数来实现搅拌摩擦焊技术对镁合金材料的有效连接。实验过程主要分析了在不同焊接工艺参数下的焊缝外观成形、焊核区宏观形貌、内部微观组织、界面形态、硬度分布、拉剪性能、断口形貌等方面的特点。实验结果表明：当选择合理的焊接工艺参数时,才能够获得外观优良的搭接接头；否则,接头容易出现飞边、烧灼、内部隧道、外部沟槽等焊接缺陷。搅拌头形状对焊核区形貌起着至关重要的影响,倒圆台形搅拌头作用下的焊缝出现明显的分层现象,而圆台形搅拌头作用下的焊缝分层现象不明显；接头的微观组织特征与焊接工艺参数(如旋转速度、焊接速度、搅拌针形状等)也有直接的关系,它们直接控制着焊接过程的热输入量,影响着各区的微观组织形态。界面形态是影响搭接接头拉剪强度的最重要的因素,同时焊接工艺参数对接头的界面形态有着重要的影响,在相同实验条件下,倒圆台形搅拌头作用下的焊缝界面迁移高度均比圆台形搅拌头的低；低旋转速度或者高焊接速度下的焊缝界面迁移高度最低。静载拉剪实验表明,断裂位置起源于迁移界面,前进侧受载时的拉剪强度较后退侧受载时的低。拉剪断口形貌分析表明,裂纹扩展区呈现出塑性断裂、塑脆混合断裂以及脆性断裂这三种断裂形式。硬度实验分析表明,搭接接头焊核区硬度较高,甚至超过母材；热影响区硬度最低；热机影响区在两者之间；并且热机影响区和热影响区硬度均比母材低；随着旋转速度增大,接头焊缝中各区的硬度也随之减小；搭接接头上下板硬度分析表明,上板整体硬度稍微比下板更低。上述工艺试验结果表明,焊接工艺参数决定了搭接接头的连接性能,深入探究出工艺参数对接头性能的影响规律,可为镁合金的搅拌摩擦搭接焊实验提供重要理论依据。本实验课题具有较好的研究价值,课题内容可以为后续的相关实验研究提供重要的理论参考。
【作者】黄振有；
【导师】金玉花；
【作者基本信息】兰州理工大学，材料加工工程，2014，硕士
【关键词】搅拌摩擦焊；搭接接头；AZ61B镁合金；焊接工艺参数；界面形态；拉剪强度；断口分析；

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