钛/铝异种合金搅拌摩擦焊搭接工艺及微观组织与性能研究

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钛合金、铝合金作为重要的轻量化材料,在航空航天、海洋工程、石油化工等领域得到广泛应用,钛/铝复合材料综合了两种材料的优良特性,不仅比强度、比刚度高,而且便于整体结构化,大幅度地降低了制造、装配、运营和维护成本,成为目前高科技领域研究的热点。搅拌摩擦焊作为为固态焊接技术,可实现金属基异种合金焊接、保持母材合金的冶金性能并能有效控制焊缝间化合物。本文以钛/铝板复合焊接的搭接工艺为研究对象,利用搅拌摩擦焊开展钛/铝板的搭接焊接工艺和性能研究,通过搭接实验、性能测试和微观表征等手段,分析焊接接头的力学性能与组织形貌,探究搭接接头的成形机理与断裂机制,研究结果对钛/铝异种合金搅拌摩擦焊搭接接头质量的提升具有重要的实际应用价值。首先研究了搅拌摩擦焊的单道焊接工艺,通过实验研究了搅拌头的下压量分别为0.1mm、0.2mm和0.3mm时的焊接接头宏观形貌和力学性能,确定了0.2mm时为最优,在此基础上近一步研究了搅拌头转速(600r/min、900r/min、1200r/min、1500r/min)、焊接速度(60mm/min、100mm/min、140mm/min、180mm/min)对焊缝成形质量的影响,获得了优化的焊接工艺。通过对接头界面进行SEM、EDS和XRD实验分析,研究了界面与Hook的微观组织,探究了接头的搭接界面成形机理,表征了搭接焊接过程中的金属间化合物。其次对搅拌摩擦焊接的单道焊接接头的力学性能进行了测试,研究了不同工艺下焊接接头铝侧、钛侧、界面和Hook的显微硬度,得到了焊接参数对显微硬度的影响规律。对不同工艺下的接头进行了拉剪实验与断口分析,获得了焊接参数对接头断裂载荷的影响规律,研究得出了单道搭接接头的断裂机制。最后在常规单道搅拌摩擦焊接的基础上又研究了搅拌摩擦焊的多道焊接工艺,分别对焊接间距为3mm、6mm、9mm和12mm进行了焊接实验,研究了不同焊接参数下多道焊接头的宏观形貌、力学性能和微观组织,洞悉了多道焊接对接头的显微硬度、断裂载荷、界面形貌的影响规律,探究了多道焊接接头的成形机理与断裂机制。
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