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为实现铁道车辆的轻量化目的,其车身材料通常采用铝合金。而作为比铝合金更轻的有色金属,镁合金除了具有较高的比强度和比刚度,还具有良好抗震性能和电磁屏蔽性能。因此将镁/铝异种金属复合结构应用在车身上能够充分发挥两种金属的优良性能。
由于镁/铝异种金属焊接时容易出现孔洞等缺陷并伴随大量影响接头性能的脆性金属间化合物,使镁/铝异种金属搅拌摩擦焊的接头强度无法与母材相比。为改善接头质量、提高接头强度,采用纯铜箔作为中间夹层,对AZ31镁合金和5052铝合金进行搅拌摩擦对接焊研究。采用添加铜箔和不添加铜箔的两种工艺进行FSW。FSW焊接时,将板厚2mm的5052铝合金置于前进侧、AZ31镁合金置于后退侧,纯铜箔放于两母材之间,用夹具加紧;搅拌头轴肩直径10mm,搅拌针形状为圆柱形,其长度1.85mm、根部直径4mm;焊接工艺参数:焊接进给速度为100mm/min、焊接旋转速度为1200r/min、搅拌头倾角为2°,搅拌针在镁铝轧制板材中心。
焊后分别对两种工艺下接头的显微组织和力学性能进行了研究比较,结果表明:1)添加铜箔后,接头表面成型良好,未出现裂纹;2)接头抗拉强度达到86.2MPa,相对未添加铜箔的接头,抗拉强度明显提高;3)添加铜箔的焊接接头断裂于偏镁一侧;焊缝中心硬度较高,整个焊缝区硬度呈Λ型分布。4)焊缝处的XRD分析结果显示,添加铜箔后,界面处对接头性能不利的脆性金属间化合物Al3Mg2和Al12Mg17的数量下降,并且存在AlCu、Al2Cu、MgCu2等对接头性能有利的化合物。