【摘 要】
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本文针对航空、航天领域铝合金与镁合金异种金属T型接头焊接成型的实际需求,采用搅拌摩擦焊接技术对2024-T4铝合金与AZ31B镁合金组成的T型接头的结构设计、成形工艺进行了实验研究,并围绕焊接接头完整性及接头的显微组织、力学性能开展研究,优化接头设计和工艺参数。通过改变翼板和腹板位置设计了四种T型接头结构,包括AlW/MgS-B、MgW/AlS-B对接型T型接头和AlW/MgS-L、MgW/AlS
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本文针对航空、航天领域铝合金与镁合金异种金属T型接头焊接成型的实际需求,采用搅拌摩擦焊接技术对2024-T4铝合金与AZ31B镁合金组成的T型接头的结构设计、成形工艺进行了实验研究,并围绕焊接接头完整性及接头的显微组织、力学性能开展研究,优化接头设计和工艺参数。通过改变翼板和腹板位置设计了四种T型接头结构,包括AlW/MgS-B、MgW/AlS-B对接型T型接头和AlW/MgS-L、MgW/AlS-L搭接型T型接头。对四种接头结构的T型接头成形性的研究发现两种铝镁对接型T型接头的成形性能较差,焊缝存在明显的缺陷;铝镁搭接型T型接头的成形性能较好,焊缝表面质量较佳,且角焊缝被充分填充。AlW/MgS-L型T型接头在旋转速度为800r/min,焊接速度为30mm/min的工艺参数下,下压量为0.3mm时焊缝表面成形质量最好,旋转速度在1200r/min时焊缝横截面发现隧道缺陷,其余焊接参数下获得的焊缝较为致密。焊接接头横截面容易出现弱结合、钩和冷搭接缺陷。翼板上显微组织分布特征类似于普通对接接头,腹板上热机影响区（TMAZ）处的晶粒发生了动态再结晶,形成均匀细小的等轴晶,晶粒无塑性变形痕迹;热影响区中的晶粒长大,降低了组织的均匀性。焊缝显微硬度在翼板方向呈“W”形分布,在腹板方向上呈“N”型分布,在铝镁混合区硬度值迅速增大,远高于母材硬度,随后硬度在腹板热影响区达到最低值。翼板抗拉强度达到最高为375MPa,约为2024-T4铝合金母材的79.8%;腹板抗拉强度最高为102MPa,约为AZ31B母材的53%;弱结合缺陷容易作为裂纹源导致断口的脆性断裂。MgW/AlS-L型T型接头在旋转速度为1000r/min,焊接速度为15mm/min时焊缝中出现较小的隧道缺陷,所有焊接参数下的T型接头角焊缝中均出现弱结合,钩和冷搭接缺陷。焊缝焊核区晶粒尺寸从翼板镁的上部到底部铝板依次降低;TMAZ发生部分动态再结晶,前进侧的TMAZ晶粒被明显拉长,后退侧TMAZ部分晶粒出现塑性变形迹象;角焊缝区晶粒被挤压发生明显的塑性变形。焊缝原始连接面附近形成混合区,混合区两相界面可发生Al、Mg元素的互扩散,形成金属间化合物相。焊缝显微硬度分布特征与AlW/MgS-L型T型接头类似。翼板的抗拉强度最大值为178.24MPa,达到母材的91.9%。腹板最大抗拉强度为120MPa,达到镁合金母材的62%。翼板断口分为三个区域,表现为不同的断裂机制,上部断口为混合断裂,下部角焊缝处为机械粘合,中部表现为脆性断裂模式;腹板断裂机制包括脆性断裂和准解理断裂;拉伸过程中主要的裂纹源是弱结合缺陷。
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