【摘 要】
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搅拌摩擦焊(FSW)是由英国焊接研究所(TWI)于1991年发明的一种新型固相连接技术。目前,工业发达国家铝合金、镁合金的搅拌摩擦焊技术己进入商业化阶段,而我国在该技术领域中的
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搅拌摩擦焊(FSW)是由英国焊接研究所(TWI)于1991年发明的一种新型固相连接技术。目前,工业发达国家铝合金、镁合金的搅拌摩擦焊技术己进入商业化阶段,而我国在该技术领域中的研究才刚刚起步。因而本课题针对铝合金、镁合金这两种重要的工业材料,采用自制的搅拌摩擦焊设备,进行了搅拌摩擦焊接头组织与性能的探索与研究,旨在为搅拌摩擦焊技术早一日在我国工业领域推广应用提供理论和实践依据。搅拌头的结构设计是搅拌摩擦焊技术的核心,本课题根据文献资料讨论了圆台形搅拌焊头的设计,最终确定对于厚度为8mm的铝合金、镁合金板材,圆台形搅拌头的最佳设计尺寸是:搅拌指头直径为8～6mm,肩部直径为24mm;对于1.5mm厚的铝合金板材,圆柱形搅拌头的最佳设计尺寸是:搅拌指头直径为2mm,肩部直径为10mm。本文还研究了焊接速度和搅拌头旋转速度对接头组织以及拉伸强度、硬度、冲击韧性的影响。当焊接速度和旋转速度匹配良好时,可获得优质的焊缝成型,对于8mm厚的LF21铝合金板接头抗拉强度系数最大可达母材的85.4%;对于8mm厚的AZ31B镁合金板接头抗拉强度系数最大可达母材的32.7%;对于1.5mm厚的6K32-T4铝合金板接头抗拉强度系数最大可达母材的91.3%;断口分析表明,拉伸断裂一般发生在焊缝处,接头脆性断裂倾向明显,在局部有轻微的塑性断裂特征,接头热影响区的显微硬度与基体金属相比显著下降,焊缝区与热变形影响区的硬度变化不太明显;冲击韧性试验结果表明,铝合金在搅拌摩擦焊后具有很好的抗冲力性能,镁合金试样抗冲击性能稍差。同时,本文还提出了双面搅拌摩擦焊(Bi-FSW)技术,并对铝合金双面搅拌摩擦焊后焊缝的组织与硬度进行了研究。
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