航空铝合金LY12CZ和LD10CS搅拌摩擦焊接头疲劳行为研究-材料加工工程专业论文.docx

中文摘要搅拌摩擦焊(FsW)作为一种固相焊接技术在铝及其合金的焊接方面显示出 中文摘要 搅拌摩擦焊(FsW)作为一种固相焊接技术在铝及其合金的焊接方面显示出 了巨大的优势。深入研究各种工艺参数、焊接缺陷、组织结构及接头形式等因素 对搅拌摩擦焊疲劳强度及寿命的影响规律，将为推广和应用这种技术、建立合理 有效的疲劳评定规范提供重要依据。目前国内对FSW技术的研究开发还处于初 始阶段，有关搅拌摩擦焊接头疲劳行为的研究尚属空白。本文主要对航空铝合金 LYl2CZ和L，D10cS搅拌摩擦焊对接接头的显微组织的变化，S-N曲线，显微缺 陷对疲劳性能的影响进行研究，同时按照国际焊接学会(删)焊接接头疲劳评 定推荐规范，计算出各种状态接头的疲劳特征值。 研究结果表明，搅拌摩擦焊接头较美观，焊后板材几乎无变形；焊缝中心有 “洋葱环”组织出现；搅拌摩擦焊接头拥有两个明显的外部特征：飞边和搅拌肩 随搅拌头行走时留下的凸台。搅拌摩擦焊接头材料的流动性差异把接头分为母材 区、焊核区、机械热影响区和热影响区；焊缝区的显微硬度成W型分布，硬度 的最低点出现在热影响区内。在焊接规范(1)条件下，焊缝根部易形成“未焊 透”(U)10CS)和“弱连接”缺陷(LYl2cz)，并且这两种缺陷对接头的弯曲和 疲劳性能都有很大的影响；传统的无损检测技术如x射线伤无法检测发现这两 种缺陷，只有破坏性弯曲试验才能完全检测出焊缝根部缺陷。弯曲试验结果表明， 搅拌摩擦焊焊缝有良好的塑性，但是在本研究的试样焊接条件下所有状态的焊缝 均从焊缝根部起裂，由于金相组织观察也很难发现根部缺陷的存在，在以后的试 验中应该更加重视对搅拌摩擦焊根部缺陷的研究。 在焊接规范(1)条件下所形成的“未焊透”和“弱连接”缺陷，大大降低 了FSW接头的疲劳性能，表明焊接规范(1)不合理。在优化后的焊接规范(3)、 (4)和(5)下，LYl2CZ(4mm板厚)铝合金搅拌摩擦焊对接接头在2×106循环 次属下对应95％存活率的疲劳强度特征值为Aok----69．5MPa，S—N曲线的斜率m =8．58；LDl0CS(6mm板厚)铝合金搅拌摩擦焊对接接头在2x106循环次数下对应 95％存活率的疲劳强度特征值为Aok=77．1MPa，8--N曲线的斜率m=6．70。 目前国际上还没有一组公认的铝合金搅拌摩擦焊疲劳设计曲线，随着搅拌摩 擦焊技术的逐渐推广，对搅拌摩擦焊疲劳设计规范的要求也越来越迫切，所以对 搅拌摩擦焊疲劳性能的研究还应该更广泛和深入的展开。 关键词： 搅拌摩擦焊，疲劳性能，铝合金，疲劳强度特征值，显微组织， S-N曲线，根部缺陷，无损检测 ABSTRACTSofid ABSTRACT Sofid state Friction Stir Welding口SVO is of major in the welding of aluminium since it improves the joint properties．Many applications where A1一alloys arc used are subject to varying load conditions，mkJng fatigue failure a critical issue．In the scope of this thesis，the fatigue performance of friction stir weldeA aerospace aluminium alloys，LYl2CZ and LDl0CS，has been investigated．Fatigue properties of different butt joints produced with varying process parameters and surface conditions have been determined．In addition,microstmcaaal evolution and the internal defects of friction stir welds have been studied at the same time，and the bend test and Micro-hardness test have been conducted on fYiction stir welds．Finally,the S-N CUlⅣC$ofeach weld have been drawn out,and the fatigue characteristic values ofcach weld have been calculated by using a statistic method recom