论文部分内容阅读
铝和镁作为高强度轻质合金已经被广泛应用到航空航天领域,两者的连接问题也成为了业界的焦点。用熔焊方法焊接时,容易形成气孔、裂纹和大量的金属间化合物（IMC）,严重降低接头的强度。搅拌摩擦焊是一种固相连接方法,由于焊接热输入低,会减少接头中IMC的数量,在工业应用上有很大的发展潜力。本文采用搅拌摩擦焊的方法对Al/Mg异种合金进行了焊接工艺试验,采用SEM、EDS、XRD、TEM和DSC等对接头中IMC的种类、分布和形成机理进行了研究,建立了IMC与接头性能之间的关系,阐明了添加过渡层Zn对Al/Mg异种金属FSW接头IMC和性能的影响机理。首先对搅拌头偏置时6061铝合金和AZ31镁合金FSW的工艺和接头的组织性能进行了研究。结果表明铝合金放置在前进侧,搅拌头偏向铝0.5mm时,焊接工艺区间较大。在转速为1000rpm,焊速为250mm/min时可以获得无缺陷,抗拉强度为80MPa的焊接接头。虽然在较低焊速下50mm/min时获得的接头强度较高,最高可达93MPa,但在焊接快要结束的位置容易形成隧道和沟槽缺陷。镁合金放置在前进侧或搅拌头偏向镁,焊缝成形工艺区间很窄,甚至很难成形,且接头的强度普遍在20MPa左右。不同焊接参数下的接头都断裂在铝板与镁板的结合界面,断裂模式为脆性断裂。其次,对Al/Mg异质接头中生成的IMC的特征进行了研究。铝板与镁板的结合界面存在分层现象,通过EDS分析发现从镁侧到铝侧,组织依次主要由α（Mg）+Al12Mg17,Al12Mg17+Al3Mg2,Al3Mg2+α（Al）所构成。而在焊核区靠近铝侧,剧烈混合区以及条带状组织主要由Al3Mg2和铝固溶体组成,虽然存在富镁层但并没有发现Al12Mg17化合物。Al12Mg17以花瓣状聚集在焊缝区,且每个花瓣状的组织均带有尖端,显著恶化接头的性能。不同参数下IMC的厚度及含量不同,通常抗拉强度较高的接头,其IMC的含量较多且厚度也较大,这主要与异种金属之间的充分交锁混合有关。将镁合金放置在前进侧和搅拌头偏向镁侧时产生的IMC相对较多,得到的接头性能也较差。最后,通过添加过渡层Zn的方式对异质接头的IMC和力学性能进行了研究。相同焊接参数下添加Zn箔夹层时接头的性能得到了提高。无Zn夹层时,在搅拌头偏向铝侧1.9mm时获得的接头成形良好,但在焊后焊缝产生开裂。添加Zn夹层时,接头的强度可达84MPa。接头易出现Zn元素在铝与镁的结合界面处分布不均匀的现象,没被完全搅碎的Zn箔将会影响铝与镁之间的混合,降低接头的性能,严重时导致孔洞裂纹缺陷的出现。Zn箔的添加减少了Al-Mg系IMC的生成,界面主要MgZn、MgZn2、Al5Mg11Zn4等共晶组织组成。