Keywords: Friction stir welding; Copper-aluminum lap welding;The length of Stir pin; Plastic migration

目录

第1章 绪论 1

1.1研究背景和意义 1

1.2 搅拌摩擦焊技术 2

1.2.1 搅拌摩擦焊简介 2

1.2.2 搅拌摩擦焊的优点 3

1.2.3 搅拌摩擦焊的缺点 4

1.3 异种金属材料的连接 4

1.3.1 异种材料的焊接性 4

1.3.2 Cu/Al异种金属的焊接性 5

1.4 Cu-Al异种金属金属搅拌摩擦焊研究现状 6

1.5 搅拌摩擦焊接头的流场 7

1.6 FSW流场的国内外研究现状 7

1.6.1国外研究现状 7

1.6.2国内研究现状 8

1.7本课题研究内容 8

第2章  试验材料、设备及方法 10

2.1 实验材料 10

2.2 搅拌摩擦焊的工艺试验 10

2.2.1试验设备 10

2.2.2试验过程 12

2.2.3 试样制备 12

2.3铝铜搭接接头金属迁移行为分析 13

第3章 铜铝搭接接头金属迁移行为分析 14

3.1 引言 14

3.2 焊缝截面的金属流动行为 14

3.2.1 焊缝横截面的金属流动 14

3.2.2 焊缝纵截面的金属流动 16

3.3 焊缝平面的金属流动行为 17

3.3.1 轴肩摩擦平面的金属流动 17

3.3.2 铝铜界面所在平面的金属流动 19

3.4本章小结 20

第4章 搅拌针长度对金属流动行为的影响 22

4.1 引言 22

4.2搅拌针长度对金属垂直方向迁移行为的影响 22

4.3 搅拌针长度对金属水平方向迁移行为的影响 23

4.4本章小结 26

结  论 27

致  谢 28

参 考 文 献 29

第1章 绪论

1.1研究背景和意义

铜根据其颜色和化学性能可分为黄铜、青铜、紫铜和白铜四大类。铜具有电阻率低、热导率高、耐严寒、耐腐蚀和优良的加工性能，更可贵的是，铜还具有良好的合金化能力，因此广泛的应用于电器、机械、建筑、冶金、化工等工业部门[1]。但是铜作为稀缺金属,加上铜价近几年上涨过快让对铜需求量大的工业部门不堪重负。与铜的匮乏相反，我国铝土资源十分的丰富，铝及铝合金因其具有较好的导热性、导电性、耐蚀性和高的比强度，被广泛地应用到工业领域，仅次于钢铁的使用[2]。为了节约铜资源和减轻构件的重量，在某些场合可以用铝合金取代铜作为构件。但室温下金属铝的电阻率与铜相差较大，在特定的场合无法实现完全的以铝代铜。为了使构件兼顾铜和铝的优异性能，，在许多构件中常采用铜/铝复合结构，不仅减少了贵金属铜的消耗，减轻了构件的重量，节约了成本，而且还能保证构件具有相应的强度。

虽然铜铝复合结构件已经广泛的应用于电气、制冷、化工容器和航空航天工业，但是异种金属连接问题始终不能完善的解决。例如在电气行业中铜铝一般采用铆接的方法连接，这种直接的机械连接接合性能不高，并且由于铜铝之间存在一定的电位差，在潮湿的大气中接触端易发生严重的电化学腐蚀，轻则造成千瓦的电力损失，重则导致严重的危险事故。焊接作为一种永久性的连接技术，获得的产品其寿命、质量、生产成本和可靠性都要优于直接的机械连接。由于异种金属无论是组织成分还是物理化学性能都有很大的差异，所以其焊接要比同种金属焊接复杂很多。特别是铜铝线膨胀系数相差40%，熔点相差超过400℃，由于这种差异的存在，在焊接过程中经常会形成硬而脆的铜铝间化合物，且焊后残余热应力较大，使用一般的焊接方法（特别是熔化焊）很难获得优质的铜铝接头。

搅拌摩擦焊（FSW）作为一种新型的固相连接技术，焊接温度低于金属熔点，焊接过程中不发生金属的熔化，具有绿色、高效、安全、焊接变形量小甚至无变形的特点，已经广泛地应用于有色金属的焊接。而搅拌摩擦焊焊缝成形与焊缝金属材料的迁移行为有直接的关系，因此研究FSW接头的流场对认清FSW的焊接机理和优化焊接工艺十分的重要。