Keywords 7A52 aluminum alloy  Friction stir welding  Welding parameters  We- ld performance

目 次

1 绪论 1

2 实验程序 4

2.1 实验材料以及仪器 4

2.2 焊缝的取样 5

2.3 焊缝金相观察分析 5

2.4 硬度试验 6

2.5 拉伸试验 6

3 结果与分析 7

3.1 焊缝表面形貌分析 7

3.2 显微组织分析 8

3.3 硬度试验结果分析 17

3.4 拉伸试验结果分析 20

结论 24

致谢 25

参考文献 26

1 绪论

随着近现代材料科学的发展，铝合金由于能在保证足够强度和延展性的同时，拥有极轻的质量而备受重视[1,2]。良好的性能使它被用于航空航天，工程运输，国防军事等领域。随着国家工业化的推进，减少制造成本，降低工业污染，也成为一个热点问题。而铝合金又恰好符合现代化工业发展的需求，也因此在工业中所占比重逐年增加[3]。

由于以上产业发展的需要，不可避免的对铝合金的焊接产品的需求也日渐增多，铝合金的焊接质量和效率也作为一个命题被大家所重视。铝合金的延展性与导热能力好，比强度高，同时有比较好的耐腐蚀性[4]。也由于导热性好的特点，在对铝合金进行焊接时所需要的能量要比焊接其他种类合金大得多，并且难以控制整体的温度场。虽然它耐腐蚀性优异，但同时表示它的氧化性极强，极易生成的Al2O3薄膜，会对铝合金的焊接构成极大阻碍，难以控制缺陷的产生。由于铝形成的氧化膜熔点很高，甚至超过了本身的熔点，在焊接时及易留在焊缝之中，对整个过程的正常进行造成不利影响。同时它极易吸附水份，在焊时容易形成气孔等缺陷，降低焊缝的综合性能[5]。因此以熔焊的方式来进行对铝合金的焊接要求很严格的焊前处理和很高的焊时工艺参数控制精度。

而厚板的高强铝合金所对应的焊接要求更高，本身厚度的增加对于装夹的要求也会产生相应的变化，这其中还涉及到夹具的设计以及装夹方式的选择。又因其导热性能造成焊接热输入较小，所以厚板铝合金焊接往往需要多层多道焊接，这就加大了控制氧化物以及夹杂物的难度，并且焊后产生裂纹的几率也会大大增加。随着板厚的增加，焊缝上下的温度差也不可避免的增加，形成不均匀的温度场易导致形成的焊缝组织也不均匀，进一步造成焊缝残余应力增加，从而降低了焊缝的综合性能[6]。由于高强铝合金自身的特性，焊接各工艺参数的调节范围也相对的变窄，难以准确调节，容易产生缺陷[7]。

对此，搅拌摩擦焊拥有属于它的独特的有优势。搅拌摩擦焊不是熔焊，它几乎可以焊接所有材料。它并不熔化母材，只是通过搅拌头的高速旋转对母材金属加热，在一定温度条件产生了延性变形，引发了塑性流动[8]。随着搅拌头的不断前进，材料在它的后部聚集形核并再结晶形成焊缝。在这个过程中，先形核的部分会消耗大量的位错能，从而使整个结构的驱动力减小。但是搅拌头对焊缝金属的不断挤压，使新的位错不断地产生，再结晶因此能够顺利的进行下去。因为金属本身没有熔化只是发生了塑性变形，所以所需的热输入比熔焊时小，焊时不易产生氧化膜，焊后内应力小，不易产生裂纹。在搅拌摩擦焊过程中，铝合金本身表面的氧化膜随母材一起发生塑性变形，因而有去除氧化膜的效果。因此，用搅拌摩擦焊制作出来的接头接头性能良好，气孔、未熔合等缺陷较少[9]。搅拌摩擦焊的焊缝一般分为四个不同部分：母材、热影响区、热力影响区以及焊核。热影响区为只有热输入的影响而没有产生塑性变形，整体形貌依然为母材的组织形貌。热力影响区则既产生了塑性变形又受到热输入的影响，组织形态发生了比较大的变化。焊核区是焊缝最中心的区域，晶粒在搅拌摩擦焊过程中发生细化，组织性能发生比较大的变化[10]。