6061/2024异种铝合金搅拌摩擦焊接头参数及性能分析

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铝合金6061和2024,被广泛应用于航空航天工业和海洋工业的许多新兴领域的框架、管道和储罐的建设中。这势必会涉及到二者的异种连接问题。铆接连接有一定的优势,但密封性差,不易在一些腐蚀的环境中应用。而搅拌摩擦焊连接技术(FSW)能有效的解决铆接连接方法的不足。国外关于6系和2系的异种铝合金FSW文献已有很多,但国内开展的研究很少。本文根据国产铝合金焊接的实际情况,分析焊接参数对6061和2024 FSW接头的影响,为实际工程应用提供技术支持。本文拟通过研究搅拌头旋转速度和焊速的比值关系,分析其对6061/2024异种铝合金连接区的影响。(1)选择5mm厚的铝合金板材,设置主轴下压量0.1mm,主轴倾角2.5°,凹型轴肩,锥形搅拌针等,将2024母材置于前进侧,对试验的样件进行优选,确定合理的搅拌头转速以及焊接速度范围。选择搅拌头转速和焊接速度的比值,并确定试验参数,进行试验,并分析接头性能。(2)对试样及母材进行金相试验,分析搅拌头转速ω和焊速v比以及各参数分别对接头宏观形貌和微观形貌的影响。结果表明,后退侧流动性明显高于前进侧材料,焊核区2024细化程度较高。提高λ(λ=ω/v)值会降低焊核区异种材料的融合度,当λ不变,提高参数值能提高焊核区的材料流动以及融合度,并且等轴晶粒变大。当参数选择ω=1000rpm v=120mm/min时,接头的宏观形貌最好。(3)对接头进行力学试验,发现焊核区混合区域硬度介于两种母材硬度之间,未混合的2024材料硬度大于或等于母材硬度,6061材料硬度低于母材硬度。且随着热输入降低,接头整体硬度提高。当参数选择ω=1000rpm v=120mm/min时,接头的形貌最好,没有缺陷,抗拉强度最高,达到母材的72%。(4)对不同参数下接头以及母材进行电化学腐蚀实验,并观察形貌。通过极化曲线分析得出,成形良好的接头耐腐蚀性介于两种母材之间。通过电镜观察分析得出,大量腐蚀物堆积在孔洞等缺陷处,组织晶粒细化,耐腐蚀性提高。
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