5052铝合金双面搅拌摩擦点焊接头组织与性能的研究

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目前,由于环保和节能的需要,汽车轻量化已成为世界汽车发展的趋势。采用铝合金车身结构是实现汽车轻量化最有效的措施。为了实现铝合金车身结构的连接,传统方法是采用电阻点焊方式。由于铝合金板电阻低,点焊时通常采用强焊接规范(大电流、短时间),导致点焊过程中电极头部的温度高,电极头部的合金塑形变形大,使电极寿命简短,导致频繁更换电极,这严重增加了生产成本,降低了点焊的生产效率。因此,开发新的铝合金连接技术显得十分重要,这对扩大铝合金车身在汽车工业的应用,推动汽车轻量化发展具有十分重要的意义。搅拌摩擦点焊(Friction Stir Spot Welding,FSSW)是在“线性”搅拌摩擦焊接基础上研究开发的一种新焊接技术。FSSW可以形成点焊的搭接接头,其焊缝外观与通常应用于铝合金构件的电阻点焊类似,因而具有很高的应用价值和研究意义。而双面搅拌摩擦点焊不仅具有一般搅拌摩擦点焊的特点,而且由于是双面同时搅拌摩擦,供热量充足,所以焊接质量好,焊点成型效率高,能耗更少,具有十分广阔的应用前景。本课题采用双面搅拌摩擦点焊技术研究了焊接工艺参数对5052铝合金焊接成型性,焊接接头组织,力学性能的影响。通过研究搅拌头材料、形状、焊接工艺(如搅拌头转速、进给速度、进给量、焊接时间)对焊接成型性、接头组织和力学性能的影响,并采用光学显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)研究了各种焊接工艺参数下接头的组织和结构变化,得到如下结论:1.焊接工艺参数对焊接质量有重要影响。搅拌头转速在2000r/min、焊接进给量在1400μm、焊接时间为10s时所获得的焊接接头表面平整、光滑,成型效果好,有效熔核结合厚度充分,其力学性能也最好,抗剪切强度最大,达201.146Mpa,是母材强度的90%。2.焊接接头显微组织结果表明,热影响区的组织是在摩擦热作用下发生动态再结晶后形成长大的等轴晶粒,晶粒尺寸小于母材;热力影响区的晶粒在摩擦热和机械搅拌的共同作用下发生变化,其塑性流动并不剧烈,由于受到机械挤压力,所以呈线性排列。搅拌区以细小的等轴晶为主,在机械搅拌挤压力的作用下,紧密呈非线性排列。3.硬度变化在匙孔两侧的呈W型对称分布,搅拌针对应的区域显微硬度值最高86.7HV,轴肩对应的区域的显微硬度较低为77.3HV,热力影响区的硬度低于搅拌区72.6HV,接头显微硬度的最小值在熔合区边缘处为54.8HV,硬度的变化和搅拌头对应的区域有关。
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