【摘要】：本文研究內(nèi)容是1060鋁攪拌摩擦焊塑性金屬的流動,首先通過單因素試驗做不同參數(shù)的1060鋁攪拌摩擦焊試驗,分析試驗結(jié)果,得出試驗參數(shù)較好值進(jìn)行溫度場和流場的模擬。其次建立三維穩(wěn)態(tài)流場模型,得出攪拌摩擦焊流場,著重分析各截面流場的塑性金屬流動情況,用焊接試驗結(jié)果驗證流場結(jié)果。流場的流動離不開攪拌頭摩擦所產(chǎn)生的溫度,所以接著也建立了溫度場模型并分析了攪拌摩擦焊溫度場。受試驗中改變參數(shù)來獲取不同參數(shù)對焊接結(jié)果的影響成本較大和一些不具備試驗條件等限制,本文是通過模擬參數(shù)和攪拌頭形狀的改變獲取不同流場流動的結(jié)果。主要內(nèi)容分為如下部分:使用三組不同的焊接速度和攪拌頭旋轉(zhuǎn)速度進(jìn)行焊接試驗,觀察焊縫表面成形情況,得出試驗焊接效果較好值參數(shù)。分析不同焊接參數(shù)對焊縫表面成形的影響。對攪拌摩擦焊結(jié)果中出現(xiàn)的缺陷分析機(jī)理。觀察焊接效果較好值金相組織并進(jìn)行力學(xué)性能測試。通過計算流體力學(xué)軟件FLUENT建立了1060鋁攪拌摩擦焊流場有限元模型,利用數(shù)值模擬對材料的塑型金屬三維流場進(jìn)行了研究。結(jié)果表明厚度方向上隨著離軸肩距離的增大,塑型金屬流動速度逐漸減弱,流動越不充分�？v截面流場各處速度方向多處發(fā)生改變。橫截面速度場并不對稱,返回邊的速度比前進(jìn)邊的速度大。通過庫倫摩擦產(chǎn)熱機(jī)制推導(dǎo)攪拌頭各處產(chǎn)熱模型公式,利用Fluent對焊接穩(wěn)態(tài)的溫度場進(jìn)行了研究。結(jié)果表明軸肩對工件的摩擦是主要產(chǎn)熱方式,溫度分布不關(guān)于焊縫對稱。通過對鋁合金攪拌摩擦焊塑性金屬流動的研究,獲取焊接參數(shù)和攪拌頭形狀對流場流動影響的規(guī)律,對縮小焊接參數(shù),得到良好焊接接頭的綜合性能,有重大的意義。改變焊接參數(shù)范圍,通過模擬結(jié)果分析各參數(shù)對攪拌頭附近塑性金屬流動的影響,研究發(fā)現(xiàn):焊接速度對塑性金屬流動影響不大,旋轉(zhuǎn)速度的改變能極大地影響塑性金屬流動。攪拌頭參數(shù)改變主要是軸肩和攪拌針形狀的改變,結(jié)果發(fā)現(xiàn)同心圓軸肩和螺紋攪拌針能帶動塑性金屬的流動。
【圖文】：

摩擦焊的原理解決常規(guī)熔焊難以焊接低熔點鋁合金等金屬的問題，1991 年，英國明了一種新型固相焊接方法——攪拌摩擦焊。原理如圖 1.1 所示。地固定在工作臺上，防止焊接過程中出現(xiàn)松動和表面的隆起變形，轉(zhuǎn)，在主機(jī)推動下緩緩靠近工件，并旋轉(zhuǎn)進(jìn)入，直至軸肩與工件緊頭原地旋轉(zhuǎn)軸肩與工件摩擦生熱，一定時間直到攪拌頭塑性金屬達(dá)攪拌頭向前運動，塑性金屬受到攪拌針的擠壓，向上向后遷移。向阻礙作用，保證不會溢出。向后填補由于攪拌頭行走留下的瞬時空反應(yīng)，最終形成固相焊縫。攪拌頭通過攪拌摩擦作用使得金屬塑化可實現(xiàn)多種接頭形式的焊接，接頭處的綜合性能優(yōu)良。

圖 2.1 圓柱形攪拌頭前的準(zhǔn)備工作兩工件完美對接，應(yīng)先將兩接觸面用銑刀銑平整。并且由于攪拌向前行進(jìn)，為防止對接接頭在焊接過程中松開，必須對工件進(jìn)行裝牢牢地固定在夾具上。裝夾時一定要保證對接處無間隙且工件必須時移動。在工作平臺上將工件固定牢靠，攪拌摩擦焊插入階段，攪緩慢的進(jìn)入待焊母材，，旋轉(zhuǎn)一定時間后，以一定的焊接速度向前方驗參數(shù)。參數(shù)的選擇表 2.2 焊接工藝參數(shù) 轉(zhuǎn)速（rpm） 移動速度(mm/min) 下壓量500651.0
【學(xué)位授予單位】：沈陽理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TG453.9

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2568913