铝—钢异种金属无匙孔搅拌摩擦点焊接头组织与性能的研究

【摘要】随着能源危机的日益严重,轻量化技术受到越来越多的关注。铝-钢连接件既能减轻整体结构的重量,又能保证结构的强度,有着良好的应用前景。可是,由于物理和化学性能的差异,钢和铝及其合金的连接一直是焊接领域的难点。搅拌摩擦点焊是固相连接技术,热输入低,可有效控制脆性化合物的形成,成为重要的铝钢异种金属连接方法之一。本文采用自行设计的无匙孔搅拌摩擦点焊新方法对1mm厚的DP600镀锌钢板和3mm厚的6061铝合金进行搭接点焊,接头表面平整美观,中心没有匙孔,焊点成形良好,周围无飞边。采用正交优化设计,研究了主要工艺参数对接头抗剪力的影响,从主到次依次为搅拌头转速,搅拌针长度,预热时间；并得出了最优组合参数：搅拌头转速为1200r/min,预热时间为6s,搅拌针长度为3.2mm。最优参数下所得接头的抗剪力能达到10KN以上。采用扫描电子显微镜分析组织,发现接头由搅拌区和扩散区组成。搅拌区内,钢和铝互相嵌入对方基体中,形成“钉子”和“弯钩”状分布,机械连接十分牢固；微观上,两种金属呈环形的片层状交错分布,近似为“洋葱环”结构,且片层之间发生了元素扩散,形成了一系列金属间化合物,有一定的冶金结合。扩散区分界清晰,有一层致密均匀的金属间化合物FeAl3在界面上生成,厚度约为5μm,连接方式为冶金结合。所以,铝-钢无匙孔搅拌摩擦点焊接头既有机械连接,也有冶金结合,正是这种双重连接使接头具有良好的力学性能。观察拉伸试验后的断口,发现接头主要有两种断裂方式：一种是接头直接从铝钢的搭接界面上剥离,另一种是接头经塑性变形后从扩散区撕裂,钢板上留下孔洞,其中以第二种断裂方式失效的接头的连接强度相对较高。断口为河流状的解理台阶,表现为脆性断裂,且台阶边缘分布着金属间化合物FeAl3。初步推断接头断裂位置为扩散区金属间化合物层与铝基体界面处,而断裂起源于化合物层以及界面上的孔洞或裂纹处。接头中两种材料的横向硬度分布都近似为“W”形,搅拌区的硬度最高；而纵向硬度分布曲线上,界面处的硬度值达到800HV以上,远高于两侧母材,证明界面上形成了脆硬的金属间化合物。
【作者】张亚州；
【导师】王希靖；
【作者基本信息】兰州理工大学，材料加工工程，2014，硕士
【关键词】镀锌钢；铝合金；无匙孔搅拌摩擦点焊；微观组织；力学性能；

【参考文献】
[1]陈伟.河北怀来方言词汇研究[D].广西师范大学,汉语言文字学,2014,硕士.
[2]王将兵.抗HIV天然产物Chloropupukeananin的合成研究[D].兰州大学,有机化学,2013,硕士.
[3]杨国银.多频电磁层析成像系统研制[D].北京交通大学,交通信息工程及控制,2013,硕士.
[4]林俊义.基于彩色光栅投影的三维反求技术研究[D].华侨大学,机械制造及其自动化,2004,硕士.
[5]孙颖玉.高中生社会主义核心价值观培育研究[D].苏州大学,学科教学（专业学位）,2014,硕士.
[6]张娟维.宏观经济变量对股票市场影响分析[D].西北大学,金融学,2013,硕士.
[7]张娟.石墨烯及其在活性炭基超级电容器中的性能与应用[D].宁波大学,物理化学,2014,硕士.
[8]胡士恒.玉米油酶法合成甘油二酯研究[D].吉林大学,食品科学与工程,2013,硕士.
[9]陈乃用.浙江医药产业技术创新能力分析[D].浙江工业大学,技术经济及管理,2012,硕士.
[10]王琨.南极磷虾胰蛋白酶的分离纯化及酶学性质研究[D].大连理工大学,生物化学与分子生物学,2013,硕士.
[11]方玄安.篆刻文字名实辨[D].杭州师范大学,美术学,2013,硕士.
[12]王辉,徐慧.B-N链对锯齿型石墨烯纳米带电子结构的影响[J].材料导报,2012,24:140-144.
[13]任大为.稀土镁合金变壁厚叶片成形工艺研究[D].中北大学,材料加工工程,2014,硕士.
[14]韩松.小微企业组织信任、工作满意度与离职倾向关系研究[D].河北经贸大学,劳动经济学,2013,硕士.
[15]张芳芳.亨德尔歌剧咏叹调“从暴风雨中归来”三个演唱版本的比较研究[D].武汉音乐学院,音乐与舞蹈学,2013,硕士.
[16]田松娜.R417A在空调传热管外沸腾换热特性研究[D].中原工学院,供热、供燃气、通风及空调工程,2012,硕士.
[17]姜丽丽,黄元,杨天中,刘飞,申承民,邓少芝,许宁生,刘云圻,高鸿钧.垂直石墨烯和图案化碳化硼纳米线的制备及场发射性质[A].中国电子学会真空电子学分会、大功率微波电真空器件技术国家级重点实验室.中国电子学会真空电子学分会第十九届学术年会论文集（下册）[C].中国电子学会真空电子学分会、大功率微波电真空器件技术国家级重点实验室:,2013:1.
[18]胡廖琪.双层砂井地基固结可靠性分析[D].北方工业大学,岩土工程,2013,硕士.
[19]李亭颖.防水保温轻质高强石膏板制备技术[D].浙江大学,环境工程（专业学位）,2013,硕士.
[20]张雷,刘惠玲,张博.超声强化臭氧降解三元驱采油污水聚丙烯酰胺机制研究[J].化工学报.
[21]王戈.社会资本投资医疗机构的法律问题研究[D].上海交通大学,法律,2013,硕士.
[22]李书玲.改进型RBF神经网络的多标签算法研究[D].华中师范大学,电路与系统,2014,硕士.
[23]冯文轩.碰撞Hamilton系统的弱扭转性质及周期解的存在性[D].苏州大学,基础数学,2014,硕士.
[24]徐峰.论不真正连带责任[D].华东政法大学,法律（专业学位）,2012,硕士.
[25]陈学康,郭磊,白晓航,王兰喜.多晶铜基底上生长厘米尺度石墨烯单晶[A].中国真空学会.中国真空学会2014学术年会论文摘要集[C].中国真空学会:,2014:2.
[26]齐晓聪.行政裁量治理问题研究[D].河北师范大学,宪法学与行政法学,2012,硕士.
[27]孙洁.初中数学校本课程开发研究[D].内蒙古师范大学,学科教学（专业学位）,2012,硕士.
[28]李倩.复杂背景杂波量化及光电成像系统性能预测研究[D].西安电子科技大学,光学工程,2013,博士.
[29]蔡营.WIA-PA工业无线网络多信道MAC机制研究[D].西南大学,计算机应用技术,2013,硕士.
[30]李敏.农村青少年犯罪现状、成因与治理研究[D].南京农业大学,农业科技组织与服务,2013,硕士.
[31]陆茗钰.情绪效价和唤醒度对青少年风险知觉的影响[D].华东师范大学,发展与教育心理学,2013,硕士.
[32]刘珍宝,石依倩,陈长仁,段林花,王薪茹.核酸适配体在肿瘤靶向治疗中应用的研究进展[J].科学通报,2014,14:1267-1279.
[33]余洵子.清至民初纳兰词批评研究[D].湖南师范大学,文艺学,2014,硕士.
[34]刘荔.基于高速公路运营期通行碳排放的项目决策研究[D].长安大学,交通运输规划与管理,2014,硕士.
[35]蒋林珊.缆索对连续刚构桥悬臂施工阶段地震响应的影响分析[D].长安大学,桥梁与隧道工程,2014,硕士.
[36]王硕.基于运动估计和运动分离等技术的电子稳像算法研究[D].哈尔滨工业大学,控制科学与工程,2014,硕士.
[37]张燕姑.一个双主型的计算机基础智能教学系统的设计与实现[D].华东师范大学,计算机应用,2001,硕士.
[38]张树芳.棒材自动计数图像处理方法应用研究[D].东北大学,机械设计及理论,2009,硕士.
[39]蔡维霞.Notch信号调控ROS产生对血管内皮细胞生物学行为的影响[D].第四军医大学,发育生物学,2013,硕士.
[40]郏方贵,泮海敏.一个高效剪枝的新关联规则挖掘算法[J].计算机应用研究,2004,11:168-169+172.
[41]陈海燕.“陪都时期”对重庆科技思想发展和传播的影响[D].西南大学,科学技术哲学,2014,硕士.
[42]陆美凝.闸站结合泵站前池水流流态的数值模拟研究[D].扬州大学,水利水电工程,2011,硕士.
[43]蔡坤.内部热耦合节能过程RBF先控策略研究[D].浙江大学,系统工程,2014,硕士.
[44]吕梅梅.基于TDLAS技术甲烷气体检测的温度补偿研究[D].山东大学,电路与系统,2013,硕士.
[45]丁皓辰.同声传译中预测和顺句驱动之比较研究及其对同传训练的启示[D].厦门大学,英语口译,2014,硕士.
[46]杨俊,王哲,许良,王国栋,王建强,吴小弟,夏林勇.纵切线卷径测控系统的设计[J].冶金自动化,1997,06:28-30.
[47]李桂娟.身管内膛疵病检测系统设计及实现[D].南京理工大学,测试计量技术及仪器,2013,硕士.
[48]刘晓静.刑法因果关系中介入因素问题研究[D].内蒙古大学,法律,2013,硕士.
[49]刘同辉.中国大陆的“渡边淳一热”文化现象研究[D].东北师范大学,比较文学与世界文学,2012,硕士.
[50]申楠.我国网络舆情监管研究[D].东北大学,行政管理,2010,硕士.