摘 要

当今社会，随着制造业的崛起，铝合金的焊接技术得到了飞速的发展。铝合金由于其结构质量轻，稳定性强的特点受到人们的青睐。其中铝合金激光焊接技术早已广泛应用于各行各业中并渗透于人们的生活，它在展现其强大的焊接优势同时也显现出它的一些例如气孔、热裂纹的缺点。搅拌摩擦焊作为固相加工工艺中的典范，理论上它依靠其较大范围晶粒细化的加工过程和机械加工的方式能良好地修复铝合金激光焊所产生的相关缺陷。本研究采用搅拌摩擦加工方法对铝合金激光焊接接头进行处理，通过显微观察、硬度和抗拉伸实验对其进行对比分析，探索了利用搅拌摩擦加工方法提高铝合金激光焊接头强度的可行性。试验结果表明，通过控制搅拌摩擦焊接工艺参数（适当提高搅拌头转速和焊接速度）可减少甚至消除在前进侧产生的缺陷，从而在一定程度上改善铝合金金激光焊焊缝组织缺陷，提高其接头强度。此外，通过本研究可知，在合理调控搅拌摩擦加工工艺的同时，选用合理的铝合金材料以及加工工艺状态有利于其激光焊缝的缺陷修复。

关键词：搅拌摩擦加工；铝合金；激光焊接；接头力学性能

Research on Laser Welding Process Defects of Aluminum Alloys in Friction Stir Process

Abstract

Recently, the welding technology of aluminum alloy has been rapidly developed with the development of manufacturing industry. Aluminum alloy is favored by people because of its light weight and strong stability. Aluminum alloy laser welding technology has long been widely used in various industries and penetrates people's lives. It shows its strong welding advantages and also shows some of its shortcomings such as blowholes and hot cracks. Friction stir welding is a model in the solid-phase processing technology. Theoretically, it can rely on its large-scale grain refinement process and machining methods to repair the defects associated with laser welding of aluminum alloys. In this study, the laser welding joints of aluminum alloys were processed by friction stir processing method. Through microscopic observation, hardness and tensile test, comparative analysis was carried out to explore the feasibility of using the friction stir processing method to improve the strength of laser welding joints of aluminum alloys. The test results show that by controlling the friction stir welding process parameters (properly increasing the rotating speed and welding speed of the stirring head), the defects generated on the advancing side can be reduced or even eliminated, thus improving the microstructure defects of the aluminum alloy gold laser welding weld to a certain extent and improving the Joint strength. In addition, through this study, it can be seen that reasonable adjustment of the friction stir processing technology, and the selection of a reasonable aluminum alloy material and processing state is conducive to its laser weld defect repair.

Keywords: Friction stir processing; Aluminum alloy; Laser welding; Mechanical properties

目录

摘 要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1课题背景及意义 1

1.2铝合金激光焊研究现状 2

1.2.1铝合金激光自熔焊 2

1.2.2铝合金激光填丝焊 2

1.2.3铝合金激光电弧复合焊 2

1.2.4铝合金激光双面焊接技术 3

1.2.5铝合金双光束激光焊接技术 3

1.3搅拌摩擦焊修复铝合金激光焊缝的可行性分析 4

1.3.1铝合金激光焊的主要存在问题 4

1.3.2搅拌摩擦焊的优点 4

1.4研究目的及主要研究内容 5

1.4.1 研究目的 5

1.4.2研究内容 5

第二章 实验材料、设备与方法 7

2.1实验材料 7

2.2实验设备与装置 7

2.3搅拌摩擦焊修复铝合金激光焊缝的工艺及方法 8

2.4试样分析设备及方法 9

2.4.1实验分析设备 9

2.4.2实验分析方法 9

第三章 搅拌摩擦焊接工艺参数对激光焊缝形貌组织的影响 12

3.1铝合金激光焊缝显微组织分析 12

3.2搅拌头转速对搅拌摩擦焊焊缝表面宏观形貌的影响 14

3.3搅拌头转速对搅拌摩擦焊焊缝显微组织的影响 15

3.4焊接速度对焊缝表面宏观形貌的影响 16

3.5焊接速度对焊缝显微组织的影响 17

3.6搅拌摩擦焊焊缝显微组织分析 18

3.7小结 19

第四章 搅拌摩擦焊对铝合金激光焊力学性能的影响 21

4.1搅拌摩擦焊对铝合金激光焊硬度的影响 21

4.2搅拌摩擦焊对铝合金激光焊拉伸性能的影响 22

4.2.1应力-应变曲线分析 22

4.2.2断口宏观形貌分析 24

4.3小结 26

4.4经济性分析 27

第五章 结论 28

参考文献 29

致谢 32

第一章 绪论

1.1课题背景及意义

近年来，铝合金的焊接技术正在快速地发展。而铝合金若想在工业领域扩大应用，合金焊接技术就是它的底基，世界各国都对其十分重视，在以前，MIG和TIG技术只能存在于理论中，而随着全数字化焊机的不断更新，这两项技术已经可以运用进现实中的各种工艺生产中。

与此同时，英国剑桥焊接研究所在1991年公开了FSW焊专利，即搅拌摩擦焊，原理图见图1.1。它可以连接不同焊接位置，并且有多种接头形式，是普通摩擦焊所不具备的优点，很快就被投入到焊接高强铝合金，并取得优异的成绩。不难想象，搅拌摩擦焊会被越来越多的要求高质量的铝合金产品的部门接受，逐渐替代MIC焊，因为它展现了在焊铝方面强大的优势，大部分的焊接合金的工作量它都可以应付。而这项技术已经被用于生产航天航空的各种铝合金产品，目前美国波音公司已经将它用于生产燃料箱、液氧箱、火箭运载工具等。不只是这些，英国焊接研究所已经将它用来焊接多种合金。过去几年人们对该项技术的检验显示这种焊接技术具有极优的特点，像成本较低、可靠性强等，在将来的焊接制造业里有良好的前景，尽管它的开发时间目前来看较短，但它一定会在未来的工艺制作业中大放异彩。这一焊接技术的出现预示着航天焊接中对这种新型焊接技术的强烈需求，在21世纪，焊接技术的基本要求是高质量、自动化及可靠性，而这种技术能满足全部的要求，并且近些年航天焊接工作者的研究热点也包含着铝合金中厚板及其焊接技术。显而易见，制造业的需求和合金的焊接技术相辅相成，二者相互促进，促使铝合金焊接技术进一步的发展，并且使合金材料将来会活跃在各种制造业中。

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