铝合金无匙孔搅拌摩擦点焊工艺及疲劳特性研究

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搅拌摩擦点焊作为一种绿色焊接技术,该技术在焊接有色金属(尤其是铝合金)时,与电阻点焊、铆接等相比较,能获得性能更好的焊接接头。也就是说搅拌摩擦点焊技术在焊接铝合金时具有很大的优越性。因此,搅拌摩擦点焊技术在未来必将替代电阻点焊技术,成为成为汽车制造过程中的关键技术,那么,搅拌摩擦点焊结构的薄弱环节、疲劳特性等,将成为我们重点要解决的问题,它具有十分重要的工程意义。  通过两台不同的搅拌摩擦点焊设备对6082-T6铝合金进行无匙孔搅拌摩擦点焊,依所获得的焊接试件为研究对象,从不同的层面着手研究搅拌摩擦点焊组织结构及性能。在两种方式下均获得了表面平整,成形美观的焊接接头。同时,根据他们各自的特点分别利用正交试验进行工艺优化,寻找到他们的最优参数。最终发现在回填时搅拌摩擦点焊抗拉剪性能研究当中,搅拌套的下扎深度对点焊接头的抗拉剪载荷值的影响最大,其次是搅拌头的旋转速度,再次是搅拌套的下扎时间,最后是搅拌针的回填时间。最优参数为搅拌头转速2100r/min、搅拌套下扎时间为3.5s、搅拌针回填时间为2.1s、搅拌套下扎深度为2.7mm。而在回抽式搅拌摩擦点焊剥离性能的研究当中,搅拌针的伸出量对点焊接头的抗拉剪载荷值的影响最大,其次是搅拌头的旋转速度,最后是焊接停留时间,最优参数为搅拌头的旋转速度为1000r/min、焊接停留时间为8s、搅拌针伸出量为2.8mm。同时对他们的组织结构及拉剪断口进行观察分析,发现回抽式FSSW接头各区域的组织晶粒比与其相对应的回填式FSSW的大;并测试了点焊接头横截面显微硬度分布,它们的接头横截面显微硬度均呈‘W’分布。  对2mm厚的6082-T6铝合金回填式FSSW接头的疲劳性能进行了研究。在最优的焊接工艺参数及良好的焊接接头的基础上,完成了点焊接头的疲劳实验,对点焊接头薄弱环节的微观组织和疲劳断口的形貌进行观察及分析,得到了在一定范围内预测疲劳寿命的表达式。结果表明:疲劳裂纹在上下板间的接头根部起裂,在热影响区和热力影响区的交界处扩展直至断裂;微量元素形成的强化相在很大程度上影响点焊接头的疲劳性能;点焊接头的疲劳寿命随着应力强度因子的变小呈现增大趋势;对回抽式FSSW的疲劳特性进行分析,发现在同样的载荷作用下其疲劳寿命远低于回填式FSSW的。  利用有限元分析软件ANSYS模拟了6082-T6铝合金回填式FSSW接头在不同载荷作用下的应力场,进而分别运用名义应力法和局部应力-应变法计算得到当前载荷水平下的疲劳寿命,发现在较大的载荷水平下,应力法分析结果与试样实际寿命接近,在较小的载荷水平下,局部应力-应变法分析结果与试样实际寿命接近。
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