异种金属搅拌摩擦点焊动态性能研究

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本文采用针回抽技术成功实现了1mm的DP600镀锌钢板和2mm的AA6082-T6铝合金无匙孔FSSW接头的焊接,并消除原有匙孔。采用热电偶、OM、SEM、EDS和XRD研究点焊接头的温度场、微观组织形貌、流场、界面行为、元素扩散、金属间化合物和断口形貌,并研究点焊接头动态性能,包括腐蚀性能、拉剪性能、冲击性能和动态疲劳性能。对其在动态条件下的结构损伤过程和失效行为规律进行分析,研究动态条件下的失效机理并建立断裂失效模型。在FSSW过程中,温度场曲线变化与焊接过程完全吻合,轴肩外围峰值温度达到500℃左右。点焊接头WNZ形成云团状混沌结构,组织晶粒细小,其晶粒尺寸从原始母材的50μm减小到小于1μm。TMAZ有拉长的织构,织构层厚度约为0.2mm,而HAZ组织相比于BM有稍微变大。铝/钢界面形成不均匀过渡层,厚度约为30μm。点焊接头在模拟海水中具有较好的耐蚀性,腐蚀特征主要表现为在铝合金表面上的剥蚀和点蚀。点焊接头各区域的耐蚀性顺序(以降低顺序排列)为WNZ>TMAZ>BM>HAZ。Mg2Si和含硅固溶体α(Al)的Mg和Al元素优先形成阳极溶解反应,造成Si元素周围的剥蚀。富铁θ(Al3Fe)相作为阴极,致使周围作为阳极的富镁β(Al3Mg2)相的Mg元素腐蚀,形成点蚀。焊接参数为1000rpm的点焊试样具有最优的抗拉强度和冲击韧性,分别达到9kN和42J。就拉剪性能来说,点焊接头具有典型的单调载荷-位移响应曲线,特别是断裂失效阶段具有明显的突变转折断裂失效特征。就冲击性能来说,一定程度上,最大冲击变形量直接反映后期裂纹扩展功,它明显影响冲击韧性。裂纹扩展功越大,裂纹扩展路径越长,冲击变形量越大,冲击韧性越好,反之亦然。点焊接头的动态疲劳性能表现出一系列特殊现象,高频疲劳载荷会提升点焊接头试样的位移变形量和u和疲劳断裂吸收功Ea,非对称疲劳载荷比对称疲劳载荷的点焊接头变形量u和疲劳断裂吸收功Ea大。同时对称疲劳载荷可以形成稳态滞后环,而非对称疲劳载荷形成疲劳软化的位移增量。而且当加载频率一定时,点焊接头对称载荷的疲劳极限F-1小于非对称载荷的疲劳极限Ff,而当应力比R一定时,高频载荷的疲劳极限FfH与低频载荷的疲劳极限FfL几乎一致,其差别只是趋于疲劳极限Ff快慢程度不同而已。由此可见加载方式,即应力比R决定疲劳极限,而疲劳极限Ff对加载频率不太敏感。点焊接头按焊接过程和断口形貌可以分为STZ、SAZ、NAZ和NWZ四个区域。拉伸、冲击和疲劳断口断裂方式一致,均是裂纹从间隙处开裂,并沿界面扩展到STZ。由于STZ内部存在结构缺陷和脆性相,最终形成多发性裂纹源-韧脆混合型断裂机制。
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