论文部分内容阅读
随着绿色制造业的迅速发展,人们更加推崇汽车轻量化的研究工作。作为优质的轻量化材料:具有质量轻、比强度高特点的铝合金和镁合金,在汽车制造、轨道交通等范畴具备普遍的使用。因此,关于这两种异种材料的可靠连接,将在未来绿色制造业发展上具有稳固的优势。本文的研究对象是3mm厚的5052铝合金与AZ31B镁合金的搅拌摩擦对接焊和搭接焊。探究了不同焊接工艺参数（旋转速度、焊接速度）对对接接头和搭接接头焊缝成型、微观组织和力学性能的影响,并在此基础上研究锡箔夹层对镁/铝异种合金搅拌摩擦对接焊和搭接焊界面组织及力学性能的影响。此外,本文尝试了一种新的焊接工艺手段,微粒热反应辅助的镁/铝异种合金搅拌摩擦对接焊,分析了该种焊接接头的组织与性能。结论如下:⑴在进给速度为50 mm/min,旋转速度为700-1500 rpm焊接工艺范围,添加或不添加锡夹层的5052铝合金和AZ31B镁合金的搅拌摩擦搭接焊都能获得没有明显焊接缺陷的表面形貌。含锡中间层的接头界面包含Mg2Sn金属间化合物（IMC）,而不是直接焊接头中的脆性Mg-Al IMC。Sn的主要作用是增加金属流动性。直接焊接头的最大搭接剪切破坏载荷是在1300 rpm的转速下实现的。添加锡夹层的最大搭接剪切破坏载荷是在900 rpm时达到的。Sn夹层的添加进一步节省了能量,在焊接接头中,实现最大搭接剪切强度所需的转速从1300 rpm降低到900rpm。对于没有锡夹层的接头,其微观形态为河流状,表现为脆性断裂为主,对于含锡夹层的接头,断口形貌中含有少量韧窝,韧窝中有硬质点相,表现为混合断裂模式。⑵在进给速度为6-45 mm/min,旋转速度为700-1100 rpm焊接工艺范围内,镁/铝异种合金搅拌摩擦对接焊能获得良好的焊接形貌。在进给速度为25 mm/min,随着旋转速度的增加,焊接接头性能先增加后下降。在旋转速度为900 rpm,随着进给速度不断提高,焊接接头性能先上升后下降,焊接接头性能在旋转速度为25mm/min,旋转速度为900 rpm时能够获得最大的抗拉强度,接头性能达154.63MPa。在旋转速度为25 mm/min,旋转速度为900 rpm时添加0.03mm厚度锡箔,接头性能达到165.42 MPa,与直接焊相比有小幅度提升。⑶镁/铝异种合金在旋转速度为900 rpm,进给速度为6mm/min的焊接速度下,可获得无裂纹等明显焊接缺陷的焊接接头。针对微粒热反应辅助的镁/铝异种合金搅拌摩擦焊,焊接接头存在有较小的飞边。微粒热反应辅助的镁/铝异种合金焊接接头的最大抗拉强度可达149 MPa,比直接焊提高了67%。此外,添加微粒热反应混合粉末后,断裂显示为准解理断裂,而直接焊的焊接接头断裂表现为脆性断裂。加入混合粉末后,在焊接接头中发现了Mg17Al12,Mg2Al3和AlNi相。在Mg-Al界面混合区域中的过渡层的宽度达到150μm,远大于直接焊的25μm。硬度分布表明,微粒热反应辅助的镁/铝异种合金搅拌摩擦焊焊接接头的最大硬度低于直接焊的接头,同时,硬度突增区域宽度比直接焊硬度突增区域的宽度有所增加。