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镁铝合金搅拌摩擦点焊研究

尹玉环  
【摘要】:在汽车轻量化工业中,镁铝合金的焊接问题是制约其大范围应用的关键问题之一。搅拌摩擦点焊技术以其固有的优势成为了镁铝合金焊接中的首选技术,有望取代传统的电阻点焊工艺,成为汽车生产线上的主要连接方法。本文主要针对汽车用镁铝合金材料,研究了搅拌摩擦点焊接头的微观结构、力学性能以及搅拌区内材料的流动方式。 首先,对同种镁合金的搅拌摩擦点焊进行了研究。在AZ31点焊接头中,Hook尖端背离中心孔的方向,而在AM60点焊接头中,Hook指向中心孔边缘;AZ31和AM60搅拌摩擦点焊接头的力学性能由结合宽度、Hook弯曲程度和Hook尖端到最近自由表面的距离所决定,其中在AZ31接头中,该距离为Hook尖端到接头上表面之间的距离,而在AM60接头中,该距离为Hook尖端到中心孔边缘的距离。 其次,对异种镁合金的搅拌摩擦点焊进行了分析。AZ31/AZ91点焊接头热机械影响区内存在大量由低熔点共晶引起的裂纹,搅拌区不存在材料的混合;而AZ91/AZ31点焊接头的搅拌区则由上下板材料交替分布的层片状结构组成,是上下板材料进入搅拌区时剪切混合的结果。AZ91/AZ31点焊接头的力学性能主要由Hook尖端到中心孔边缘距离的大小决定。 然后,对异种铝合金的搅拌摩擦点焊进行了讨论。Al5754/Al6111点焊接头的结合宽度随搅拌头压入深度的增加而线性增大,搅拌区由上下板材料交替分布的层片状结构组成;使用平面无螺纹型搅拌头,当搅拌针长度为2.2mm时,Al5754/Al6111点焊接头具有最高的力学性能,高度锯齿状的Hook以及较高的( h d)比值是获得具有良好力学性能的关键。 最后,对追踪材料的选择以及焊接过程中材料的流动进行了分析。提出了将引入追踪材料前后的点焊接头进行对比,观察微观组织结构、温度和扭矩等的变化可以对追踪材料有效性的加以判断;重点研究了搅拌区内材料的流动方式,提出搅拌区内的材料流动方式为螺旋状的垂直方向的旋转流动,区别在于在简单螺纹型条件下,层片结构的形成始于搅拌针上螺纹的顶部;而在平面无螺纹型条件下,层片结构的形成始于搅拌针底部的边缘位置。


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