【摘 要】
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镁/铝异种金属由于理化性质的差异在焊接过程中会不可避免地产生大量脆硬的金属间化合物(Intermetallic compounds,IMCs),严重降低焊接接头的力学性能。添加一种或多种辅助工艺的搅拌摩擦接焊(Friction stir welding,FSW)技术对于调控IMCs种类、数量及形态具有较大的研究价值。本文提出了添加Zn夹层的搅拌摩擦搭接焊(Zn-added friction sti
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镁/铝异种金属由于理化性质的差异在焊接过程中会不可避免地产生大量脆硬的金属间化合物(Intermetallic compounds,IMCs),严重降低焊接接头的力学性能。添加一种或多种辅助工艺的搅拌摩擦接焊(Friction stir welding,FSW)技术对于调控IMCs种类、数量及形态具有较大的研究价值。本文提出了添加Zn夹层的搅拌摩擦搭接焊(Zn-added friction stir lap welding,Zn-added FSLW)工艺,并通过焊接工艺参数优化及添加Zn-超声辅助FSLW(Zn-added ultrasound assisted FSLW,Zn-added UaFSLW)复合工艺进一步改善了镁/铝异种金属FSLW接头质量。本文以7075-T6铝合金和AZ31B镁合金为研究对象,选用0.02,0.05,0.1,0.2和0.3mm厚的Zn夹层进行了FSLW试验。结果表明,Zn夹层的加入可明显改善搭接接头的机械互锁程度,增大焊核(Stir zone,SZ)与热机影响区的边界长度以及接头有效搭接宽度(Effective lap width,ELW),同时形成细小且不连续的Mg-Zn IMCs颗粒代替常规工艺接头中的连续Al-Mg IMCs并弥散分布于SZ中,从而显著提升搭接接头的拉伸剪切载荷。本文采用田口优化方法对旋转速度、焊接速度和Zn夹层厚度进行三因子三水平优化,获得最优工艺参数组合1000 rpm-50 mm/min-0.05 mm,此时接头拉剪载荷达到8.68kN。除了优化焊接工艺参数外,镁/铝异材FSLW接头质量的提升也可通过添加辅助工艺实现。在添加Zn夹层的基础上,超声的机械作用及空化效应对接头成形及显微组织影响显著,Zn-added UaFSLW接头具有更大的ELW和SZ面积、更复杂的机械互锁以及更细小的Mg-Zn IMCs。对于Zn-added UaFSLW工艺,在合理的范围内增大超声能量可进一步提升接头的拉剪载荷。
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