6061铝合金双轴肩搅拌摩擦焊工艺及机理研究

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1、硕士学位论文6061铝合金双轴肩搅拌摩擦焊工艺及机理研究RESEARCHONPROCESSANDMECHANISMOFSELR-REACTINGFRICTIONSTIRWELDINGFOR6061ALUMINUMALLOY刘朝磊哈尔滨工业大学2015年6月国内图书分类号：TG453.9学校代码：10213国际图书分类号：621密级：公开工程硕士学位论文6061铝合金双轴肩搅拌摩擦焊工艺及机理研究硕士研究生：刘朝磊导师：周利副教授申请学位：工程硕士学科：材料工程所在单位：材料科学与工程学院答辩日期：2015年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学Class

2、ifiedIndex:TG453.9U.D.C:621DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringRESEARCHONPROCESSANDMECHANISMOFSELR-REACTINGFRICTIONSTIRWELDINGFOR6061ALUMINUMALLOYCandidate：LiuChaoleiSupervisor：Ass.Prof.ZhouLiAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：MaterialsEngineeringAff

3、iliation：SchoolofMaterialsScienceandEngineeringDateofDefence：June,2015Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology摘要摘要双轴肩搅拌摩擦焊作为一种新型搅拌摩擦焊技术，在保留了固相连接技术优点的基础上，又克服了常规搅拌摩擦焊接时焊接效率低、对工装设备要求高、接头根部缺陷等问题，具有很高的研究和应用价值，因此正获得越来越广泛的关注。本文采用优化设计的双轴肩搅拌头对5mm厚6061-T6铝合金进行双轴肩搅拌摩擦焊试验

4、，分析了搅拌头旋转速度、焊接速度及上下轴肩间距对接头成形、微观组织及力学性能的影响规律，并对双轴肩搅拌摩擦焊接过程的温度场进行了模拟和实验验证。焊接试验结果表明：在一定工艺范围内接头成形良好、无表面缺陷，截面呈“哑铃状”，并分为四个不同的区域：焊核区、热机影响区、热影响区和母材，其中焊核区又可细分为焊核上部、焊核中部、焊核下部及条带区；双轴肩搅拌摩擦焊接头硬度呈“W”形分布，母材硬度值最高，热影响区最低，焊核区较热影响区略有上升，热机影响区硬度值介于焊核区与热影响区，各区域厚度方向硬度值差别不大，随着焊接速度的增大、搅拌头转速的减小和轴肩间距的增大

5、，接头软化区域有所减小，硬度最低值也有所增大；当热输入过低时，接头中出现孔洞缺陷导致拉伸性能较差，断口分析表明此时接头呈混合型断裂，当转速为400r/min、焊速为350mm/min、轴肩间距为4.9mm时，接头抗拉强度和伸长率同时达到最大值221MPa和9.4%，分别为母材的75%和72%，随着热输入进一步增大，接头软化现象加重，拉伸性能降低；双轴肩搅拌摩擦焊接头避免了常规搅拌摩擦焊接头的根部未焊透等缺陷，除工艺参数不当导致接头正背弯试样断裂于孔洞缺陷处外，其余试样180°弯曲均无裂纹产生；接头焊核区和前进侧热影响区的冲击吸收功均高于母材，且随着

6、工艺参数的变化有所不同。模拟结果显示，双轴肩搅拌摩擦焊温度场峰值温度始终低于母材熔点，固相连接特征明显；随着焊接速度的增大、搅拌头转速的降低，焊接热输入减小，峰值温度有所降低；焊接过程中工件横截面温度分布呈“哑铃状”，与接头横截面轮廓类似；温度场模拟值与实测值吻合良好。关键词：双轴肩搅拌摩擦焊；6061铝合金；搅拌头设计；微观组织及力学性能；温度场-I-AbstractAbstractSelf-reactingfrictionstirwelding,asanewtypeoffrictionstirwelding,notonlyretainsthea

7、dvantagesofsolid-statejoining,butalsosolvesproblemsofconventionalfrictionstirweldinglikeinefficiency,highdemandforfixtures,rootdefectofjoint.Soithasahighvalueofresearchandapplication,andgetsmoreandmoreattention.Thispaperdesignedtherotationaltool,andself-reactingfrictionstirwel

8、dingon5mmthick6061-T6Alalloywascarriedout.Theinfluenceofrotat