镁—钢无匙孔搅拌摩擦点焊接头结合机理研究

【摘要】搅拌摩擦点焊(FSSW,FrictionStirSpotWelding)是基于搅拌摩擦焊(FSW)新近研发的一种焊接技术。由于FSSW具有成本低、耗能少等优点,能够替代传统点焊方法用于汽车工业。尤其是在焊接轻质合金时具有工艺过程简单、接头质量高、工作环境清洁等优势。本文采用自行设计研究的无匙孔FSSW机构,对1mm厚的DP600镀锌钢板和3mm厚的AZ31B镁合金板进行搭接点焊试验(DP600在上,AZ31在下),在镁-钢异种金属无匙孔搅拌摩擦点焊工艺的研究基础上,在最优点焊参数(轴肩下压量为0.3mm,搅拌针直径为6.0mm,转速为1200r/min)下,为了研究点焊过程中镁和钢的混合程度以及组织变化,对整个点焊过程的三个阶段分别进行研究：Ⅰ插入阶段；II搅拌与回抽阶段；III回抽完毕阶段。针对三个阶段点焊接头的焊核区,热机影响区,热影响区,进行金相及主元素分布分析。利用X射线衍射仪(XRD)和扫描电镜(SEM)对点焊接头的断口进行了分析,并通过对DP600/AZ31的界面过渡区温度场的实测与模拟,确定了不同转速下的温度场分布,探讨了DP600与AZ31之间搅拌摩擦搭接点焊的结合机理。在最优点焊参数(轴肩下压量为0.3mm,搅拌针直径为6.0mm,转速为1200r/min)下,搭接点焊接头的最大剪切强度可达8.7KN。对搭接点焊接头进行硬度测量,结果显示：在横向,DP600和AZ31的硬度分布相似,其形状大致为“W”型；在纵向,显微硬度值在DP600/AZ31的界面过渡区最大。断口分析表明：点焊接头的断裂形式大多呈脆性断裂,其与热输入的大小无关。整个点焊过程分为插入(Ⅰ)、搅拌与回抽(II)、回抽完毕(III)三个阶段,显微组织分析得到：焊核区,DP600的晶粒流向明显且细长。热机影响区,DP600和AZ31均发生动态再结晶,DP600的晶粒粗长,AZ31晶粒最为粗大,但在搅拌针回抽区域,AZ31晶粒细小且分布均匀,全部为再结晶等轴晶粒。热影响区,DP600的晶粒更为粗长,AZ31的晶粒也较为粗大。此外,在搅拌针的作用下,钢搅入镁中,钢像一个“钉子”嵌入镁中,这是接头力学性能较好的主要原因,接头机械连接明显。接头主元素分析表明：(Ⅰ)阶段,DP600与AZ31的界面没有发生扩散。(Ⅱ)、(Ⅲ)阶段,在焊核区主元素之间发生了扩散。利用ANSYS有限元软件对DP600/AZ31异种金属无匙孔搅拌摩擦搭接点焊的温度场进行了模拟,建立了复合热源模型。利用热电偶对DP600表面及DP600/AZ31的界面温度进行了实际测量,并将实测温度与数值模拟结果进行了比较,两者基本吻合。最终表明此种镁-钢无匙孔搅拌摩擦点焊方法焊接的接头的两种结合方式：接头主要为机械连接,次要为冶金结合；
【作者】李卫红；
【导师】王希靖；
【作者基本信息】兰州理工大学，材料加工工程，2014，硕士
【关键词】DP600镀锌钢板；AZ31镁合金；无匙孔搅拌摩擦点焊；温度场；结合机理；

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