本文選題：超聲振動強化攪拌摩擦焊 + 疲勞性能��； 參考：《山東大學(xué)》2017年碩士論文

【摘要】：超聲振動強化攪拌摩擦焊工藝(UVeFSW),將超聲能量作用于攪拌工具前方的待焊接工件上來改善接頭的成形質(zhì)量,獲得了焊接載荷降低、焊接缺陷減少、焊接速度提高、焊接工藝窗口拓寬等工藝效果。然而,有關(guān)超聲振動對于攪拌摩擦焊(FSW)接頭疲勞性能影響方面的研究尚屬空白。本文在這方面開展了研究,對于促進(jìn)UVeFSW工藝的發(fā)展和應(yīng)用,具有重要的工程實用價值。開展了 6 mm厚2024-T3鋁合金板的FSW和UVeFSW工藝試驗。對比了FSW和UVeFSW兩種工藝條件下,接頭宏/微觀組織、力學(xué)性能和焊接載荷等方面的差異。結(jié)果表明,超聲振動可以增加焊核區(qū)寬度,細(xì)化第二相粒子,但對晶粒尺寸影響不大;后退側(cè)熱力影響區(qū)晶粒的變形程度變大,前進(jìn)側(cè)熱力影響區(qū)邊界流線趨于光滑。通過高頻恒幅疲勞試驗和疲勞斷口的SEM分析,研究了超聲振動對接頭疲勞性能的影響。采用國際焊接學(xué)會(IIW)闡明的方法對試驗結(jié)果進(jìn)行了分析。在所用實驗條件下,所得數(shù)據(jù)點和擬合所得的疲勞壽命(S-AO曲線都高于FAT45線,常規(guī)FSW和UVeFSW兩種工藝所得接頭均具有高于IiW標(biāo)準(zhǔn)熔焊接頭的疲勞性能。試驗結(jié)果表明,在50%存活率時,超聲振動使得接頭的疲勞強度得到大幅提高,由常規(guī)FSW接頭的86.2 MPa提高到了 UVeFSW接頭的103.74 MPa,達(dá)到了母材的96.13%。當(dāng)按照95%存活率和75%置信度對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理時,疲勞數(shù)據(jù)較大的離散性使得施加超聲振動對于疲勞性能的影響減弱。在接頭橫斷面上,根據(jù)材料的流動定義了三個邊界和一個特征區(qū)域。在軸肩作用的區(qū)域,后退側(cè)向前進(jìn)側(cè)和前進(jìn)側(cè)向下流動的兩股材料,形成交界1;軸肩作用區(qū)域向下流動的材料和攪拌針作用區(qū)域向上流動的材料,形成交界2;前進(jìn)側(cè)焊核區(qū)與熱力影響區(qū)之間組織變化劇烈,形成交界3。這三個邊界相互連接,在前進(jìn)側(cè)形成一個相對薄弱的特征區(qū)域,應(yīng)力集中程度達(dá)到最大,通常會成為疲勞裂紋萌生的位置。在所用試驗條件下,常規(guī)FSW接頭全部起裂于特征區(qū)域。而超聲振動使得特征區(qū)域的應(yīng)力集中程度減弱,UVeFSW接頭73%起裂于交界3,其他則起裂于特征區(qū)域之外。SEM斷口分析發(fā)現(xiàn),在裂紋擴展區(qū),超聲振動使得疲勞條帶更加明顯,間距變小。在瞬斷區(qū),超聲振動使得第二相粒子的尺寸更小、數(shù)量更多、分布更均勻,與此對應(yīng)的韌窩連接更加緊密。常規(guī)FSW接頭的斷口呈現(xiàn)脆性和韌性的混合斷裂特征,UVeFSW接頭的斷口呈現(xiàn)韌性斷裂特征。
[Abstract]:Ultrasonic vibration strengthened friction stir welding (FSW) technology is used to improve the joint forming quality by applying ultrasonic energy to the workpiece to be welded in front of the stirring tool. The welding load is reduced, the welding defect is reduced, and the welding speed is increased, the welding load is reduced, the welding defect is reduced, and the welding speed is increased. Welding process window widening and other process effects. However, the influence of ultrasonic vibration on fatigue properties of FSW joints is still blank. The research in this field is of great practical value for promoting the development and application of UVeFSW process. FSW and UveFSW process tests of 6 mm thick 2024-T3 aluminum alloy plate were carried out. The differences of macro / microstructures, mechanical properties and welding loads between FSW and UVeFSW were compared. The results show that ultrasonic vibration can increase the width of the nugget zone and refine the second phase particles, but has little effect on the grain size, and the deformation degree of the grain in the thermal affected zone of the receding side becomes larger, and the boundary streamline of the thermal affected zone on the forward side tends to smooth. The influence of ultrasonic vibration on fatigue properties of joints was studied by means of high frequency constant amplitude fatigue test and SEM analysis of fatigue fracture. The test results are analyzed by the method described by the International Welding Society (IIW). Under the experimental conditions, the fatigue life of the joints obtained by FSW and UVeFSW is higher than that of IiW standard welded joints. The fatigue life of the joints is higher than that of FAT45. The fatigue properties of conventional FSW and UVeFSW joints are higher than those of IiW standard welded joints. The experimental results show that the fatigue strength of the joint is greatly improved by ultrasonic vibration at 50% survival rate, from 86.2 MPA of conventional FSW joint to 103.74 MPA of Uve FSW joint, reaching 96.13 MPA of base metal. When the data were processed according to 95% survival rate and 75% confidence, the influence of ultrasonic vibration on fatigue performance was weakened due to the large dispersion of fatigue data. On the cross section of the joint, three boundaries and a characteristic area are defined according to the material flow. Two strands of material flowing downwards and backward in the axial shoulder region, forming a junction 1; the material flowing downward in the axial shoulder action area and the material flowing upward in the agitated needle area, The formation of the junction 2, the forward side of the nugget zone and the thermal impact zone between the microstructure changes dramatically, forming the junction of 3. 5%. The three boundaries are connected with each other and form a relatively weak characteristic area on the forward side. The stress concentration reaches the maximum and usually becomes the position where the fatigue crack initiation occurs. Under the test conditions, all the conventional FSW joints start to crack in the characteristic region. However, ultrasonic vibration weakens the stress concentration in the characteristic region by 73% and starts at the junction of 3%, while the other crack begins outside the characteristic region. SEM analysis shows that in the crack propagation zone, ultrasonic vibration makes the fatigue band become more obvious and the spacing becomes smaller. In the transient fault region, ultrasonic vibration makes the size of the second phase particles smaller, the number more, the distribution more uniform, and the corresponding dimples are more closely connected. The fracture surfaces of conventional FSW joints show brittle and ductile mixed fracture characteristics. The fracture surfaces of UVeFSW joints show ductile fracture characteristics.
【學(xué)位授予單位】：山東大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TG453.9

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本文編號：2045220