2A12-T4铝合金回填式搅拌摩擦点焊工艺及机理研究

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1、硕士学位论文2A12-T4铝合金回填式搅拌摩擦点焊工艺及机理研究RESEARCHONPROCESSANDMECHANISMOFREFILLFRICTIONSTIRSPOTWELDINGFOR2A12-T4ALUMINUMALLOY罗凌云哈尔滨工业大学2017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2A12-T4铝合金回填式搅拌摩擦点焊工艺及机理研究硕士研究生：罗凌云导师：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：2

2、018年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:TG453.9U.D.C:621DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringRESEARCHONPROCESSANDMECHANISMOFREFILLFRICTIONSTIRSPOTWELDINGFOR2A12-T4ALUMINUMALLOYCandidate：LUOLingyunSupervisor：Ass.Prof.ZHOULiAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEng

3、ineeringSpeciality：MaterialsEngineeringAffiliation：SchoolofMaterialsScienceandEngineeringDateofDefence：June,2018Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology研究生处制摘要摘要回填式搅拌摩擦点焊(RefillFrictionstirspotwelding,RFSSW)作为一种新型的固相连接技术，既能避免常规熔焊带来的缺陷，又能消除常规搅拌

4、摩擦点焊带来的匙孔，因而对于连接铝合金等轻质材料结构件具有巨大的优势。本文针对2mm厚的带有包铝层的2A12-T4铝合金，研究了RFSSW的接头成形、微观组织、力学性能以及焊接过程的材料流动行为，揭示了RFSSW连接机理，为RFSSW的应用提供了理论基础。在焊具转速900-1700rpm，搅拌套扎入深度2.0-3.5mm和扎入速度0.6-1.8mm/s下，RFSSW接头回填效果良好，焊点无匙孔，表面较平整。焊点可分为三个区域：搅拌区(StirZone,SZ)、热机影响区(Thermal-mechanicallyAf

5、fectedZone,TMAZ)和热影响区(HeatAffectedZone,HAZ)。SZ外侧界面向上弯曲，形成Hook形貌，搭接表面包铝层在SZ内重新分布，形成弧形的包覆铝层。随焊接热输入的增加，Hook高度先增加后降低，包覆铝层长度降低。SZ发生动态再结晶，晶界角度以大角度晶界为主，晶粒为细小的等轴晶。GPB区完全转化为S相，在后续过程中发生溶解和熔化。熔化的S相分布在晶界，在冷却时收缩，形成液化裂纹。焊接热输入越大，S相溶解和熔化的越多，沉淀相密度越低，液化裂纹增加。TMAZ发生部分动态再结晶，晶粒内部分布

6、大量的小角度晶界，GPB区完全转为S’’和S’相，沉淀相和位错密度大。随焊接热输入增加，S’’相减少，S’相增加，沉淀相和位错密度均有所降低。HAZ在焊接热循化的作用下，沉淀相由GPB区转化为S’’，且随焊接热输入的增加，沉淀相发生粗化。焊点硬度同时受晶粒大小、位错密度、沉淀相密度的影响。焊点硬度分布呈W形，SZ晶粒细小，因而硬度较高大致与母材等强；TMAZ和HAZ中GPB区发生转化长大，因而焊接过程中发生软化。随焊接热输入的增加，各区域的硬度均降低。接头拉剪性能同时受到Hook高度、包覆铝层长度和SZ材料强度的影

7、响。Hook高度较低时，包覆铝层长度较大时，接头发生剪切断裂，强度相对较低。Hook高度增加，包覆铝层长度较时，接头发生拉剪形断裂，强度较高；随Hook高度增加，强度降低。采用曲面响应法对工艺参数进行优化，最佳工艺参数为：1385rpm-2.66mm-0.97mm/s，相应接头拉剪失效载荷为10.056kN。随焊具与材料的相互作用增强，接头升温速率和峰值温度增加，焊具过程扭矩和压力降低。扎入阶段，搅拌套底部的材料发生塑化，沿搅拌套内壁向搅拌针作用区流动。回填阶段，搅拌针作用区底部塑性材料向周围的搅拌套作用区流动，-

8、I-摘要上部的材料整体向下迁移。在整个过程，塑性材料同时沿纵向，横向和圆周运动，因而材料实际流动路线为锥形螺旋曲线。最终，在热循环和塑性变形作用下，部分原始界面发生破坏形成连接，SZ/TMAZ形成新的连接界面。关键词：回填式搅拌摩擦点焊；铝合金；微观组织；力学性能；材料流动行为-II-AbstractAbstractRefillFrictionstirspo