【摘 要】
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采用传统熔化焊焊接铝合金时,焊缝容易出现气孔、裂纹等缺陷,并产生较大残余应力和焊接变形。搅拌摩擦焊是固相连接技术,能够克服铝合金熔焊时产生的典型缺陷,因此对7B52叠层铝合金的静止轴肩搅拌摩擦焊接研究对其在军事领域的推广和应用具有重要意义。本文通过开发静止轴肩搅拌摩擦焊（SSFSW）工具,成功获得12mm及21mm厚7B52叠层铝合金无缺陷SSFSW对接接头。通过分析接头形貌、组织及力学性能,来评
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采用传统熔化焊焊接铝合金时,焊缝容易出现气孔、裂纹等缺陷,并产生较大残余应力和焊接变形。搅拌摩擦焊是固相连接技术,能够克服铝合金熔焊时产生的典型缺陷,因此对7B52叠层铝合金的静止轴肩搅拌摩擦焊接研究对其在军事领域的推广和应用具有重要意义。本文通过开发静止轴肩搅拌摩擦焊（SSFSW）工具,成功获得12mm及21mm厚7B52叠层铝合金无缺陷SSFSW对接接头。通过分析接头形貌、组织及力学性能,来评价工艺参数的优劣。并通过固溶+时效处理,进一步提升焊缝强度。最后分析了母材与接头的拉伸和冲击断裂机制。12mm厚单面焊接头硬度从焊核区（WNZ）到热机影响区（TMAZ）再到热影响区（HAZ）的硬度曲线基本呈“W”型分布,最低硬度值出现在HAZ。第二层因为结合层破坏较为严重,WNZ整体硬度值波动较大。接头最高抗拉强度为369MPa,在900rpm&150mm/min参数下获得。最高冲击韧性为26.8 J/cm~2,也在900rpm&50mm/min参数下获得,比母材提高了84.8%;21mm板厚双面焊接头的第二道焊缝力学性能优于第一道焊缝。分层拉伸试验显示第四层接头强度最高,为428MPa。7B52铝合金SSFSW单面焊接头最佳热处理工艺为480℃保温80min+120℃人工时效24h。在此工艺条件下,焊缝的硬度分布呈均匀化,基本恢复到母材水平。接头抗拉强度为438MPa,为母材抗拉强度的92.2%,比未经固溶处理的焊后接头抗拉强度提升18.7%。经过固溶+时效处理后焊缝HAZ组织基本保持不变;TMAZ的长轴形晶粒发生了长大,位于前进侧的TMAZ与WNZ突变界面也因为晶粒的长大而变得模糊;WNZ原本细小的晶粒发生了明显的长大,且长大的程度多余TMAZ。母材的拉伸裂纹起源于不同层的界面之间,接头拉伸裂纹起源于前进侧的TMAZ与WNZ的边界处。由于WNZ在焊接过程中形成了细小的等轴晶,以及层间纯铝材料被充分搅入到焊缝,因此接头的冲击韧性高于母材。
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