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高强铝合金搅拌摩擦焊焊接机理及工艺研究

张施楠  
【摘要】:本文主要针对厚板铝合金搅拌摩擦焊时易出现根部缺陷这个问题,研究铝合金搅拌摩擦焊焊接机理及单、双轴肩搅拌摩擦焊工艺。 以2219铝合金及5A06铝合金为母材进行搅拌摩擦焊,通过改变焊接工艺参数,考察焊接工艺对焊缝成形的影响,对异种金属的搅拌摩擦焊进行初步探索。对焊缝接头进行微观组织分析、显微硬度测试及力学性能测试。以2219铝合金中的铜元素及5A06铝合金中的镁元素作为示踪元素,追踪塑性材料的流动情况,并对塑性金属流场进行描绘。 对搅拌摩擦焊温度场进行有限元分析。建立了搅拌摩擦焊焊接时的产热模型,将有限元分析结果同实验结果对比,吻合良好。以流体力学理论为基础,构建搅拌摩擦焊焊接过程中塑性材料的流动模型,建模时将塑性材料看成高粘度、非牛顿、不可压缩流体。模拟结果表明:在水平方向上,后退侧的部分塑性向前运动,部分塑性金属向后运动,前进侧的塑性金属都向前运动;而在厚度方向上,后退侧的大部分塑性金属向表面运动,少量塑性金属向底部运动,前进侧的大部分塑性金属呈水平方向朝搅拌针运动,少部分的塑性金属向表面或向底面运动。 双轴肩搅拌摩擦焊技术能从根本上消除焊缝根部缺陷,双轴肩搅拌摩擦焊技术为解决大厚板铝合金的焊接提供了新的解决思路。对单、双轴肩搅拌摩擦焊技术进行比较,实验材料为6mm厚7A05铝合金。对两种焊缝的微观组织、显微硬度、力学性能都进行了测试。结果表明:双轴肩搅拌摩擦焊接头的抗拉强度可以达到母材的78%,但低于单轴肩接头,能达到单轴肩接头强度的86.2%。


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