【摘 要】
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本文采用兰州理工大学自主设计的静轴肩搅拌摩擦焊装置,焊接3mm厚的6082-T6铝合金板材,研究了不同形状的搅拌针、焊接工艺参数和热处理工艺对焊接接头力学性能与组织的影响。主要研究结果如下:采用圆形、三角形、四边形和五边形,4种不同形状的搅拌针焊接6082-T6铝合金。研究了不同形状搅拌针焊接接头的宏观形貌,微观组织,力学性能和断口形貌,以及搅拌针的产热。结果表明三角形搅拌针与四边形搅拌针产热较低
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本文采用兰州理工大学自主设计的静轴肩搅拌摩擦焊装置,焊接3mm厚的6082-T6铝合金板材,研究了不同形状的搅拌针、焊接工艺参数和热处理工艺对焊接接头力学性能与组织的影响。主要研究结果如下:采用圆形、三角形、四边形和五边形,4种不同形状的搅拌针焊接6082-T6铝合金。研究了不同形状搅拌针焊接接头的宏观形貌,微观组织,力学性能和断口形貌,以及搅拌针的产热。结果表明三角形搅拌针与四边形搅拌针产热较低,动静体积比较大,接头处塑性金属流动性强,焊接过程中焊缝顶部与底部温差较小,可以形成无缺陷的SSFSW接头;XRD分析表明,焊核区无新的物相产生,三角形搅拌针焊接接头焊核区微晶尺寸最小;各接头的硬度均呈“U”形分布,最低点位于后退侧热机影响区与焊核区交界处,三角形搅拌针接头的硬度整体略高;三角形搅拌针焊接接头的抗拉强度与断后伸长率最高,分别为202.9MPa和3.8%;拉伸断口形貌分析表明,所有接头均为韧性断裂。在三角形搅拌针的基础上,优化了搅拌针形状。不仅降低搅拌针的磨损,还在很大程度上扩大了焊接窗口。采用响应面分析法,发现转速是影响SSFSW接头性能最大的因素,并确定了最优焊接参数。其最高抗拉强度可达258.31Mpa,与模型预测值仅差1.2%,证明了响应面模型的准确性。研究了转速对SSFSW接头性能与组织的影响发现,SSFSW接头抗拉强度随转速的升高,呈现先上升后下降的趋势。转速越高,焊核区温度越高,焊核区晶粒越大。对SSFSW接头各区域进行EBSD分析可知,母材区域主要为扁平的轧制组织,焊核区主要为细密的等轴晶粒,而热机影响区为变形晶粒与细密等轴晶粒的混合。热机影响区HAGBs含量较高,而焊核区HAGBs与LAGBs组分相差不大。对SSFSW接头各区域进行应变分析可知,接头整体应变较低。但相对于其他区域,热机影响区应变较高,SSFSW接头的残余应力分布呈“M”型。母材区域主要为（123）[634]S型织构和（100）[012]再结晶织构,焊核区主要为（100）[012]再结晶织构,该织构介于（001）[100]立方织构与（001）[110]旋转立方织构之间。而热机影响区主要为（123）[634]S型织构。为解决SSFSW接头力学性能不均匀的现象,研究了热处理方式与固溶温度对SSFSW接头组织与力学性能的影响,发现6082-T6铝合金SSFSW接头在进行固溶处理后,受到热力循环作用较高区域,均会出现晶粒异常长大的现象。固溶+淬火+时效可以显著提高SSFSW接头的力学性能,并且固溶温度在530℃时,抗拉强度可以提高至原始母材的92.67%。固溶+淬火+时效可以使得SSFSW接头硬度分布更加均匀,并且固溶温度越高,接头整体硬度也越高,略高于原始母材5-10HV。
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