【摘要】：攪拌摩擦焊(Friction Stir Welding,FSW)過程中,攪拌頭的軸線一般與被焊板材法線向后傾斜一定角度,以保證焊接過程中對攪拌頭后方金屬施加足夠的頂鍛力,限制了焊縫形式(如曲線焊縫)的多樣化。而采用無傾角焊接時,有利于焊縫形式的多樣化,非常適用于自動化焊接。但是,很多情況下,由于結(jié)構(gòu)空間有限,需采用小軸肩尺寸的攪拌頭并保證相對較深的焊縫深度。因此,系統(tǒng)的開展無傾角、小軸肩FSW焊接技術(shù)研究,解決工業(yè)生產(chǎn)中出現(xiàn)的難題,具有較大的經(jīng)濟效益。本文通過對攪拌頭形貌重新進行優(yōu)化設計,采用SEM、EDS等分析測試方法分析了接頭的顯微組織及界面結(jié)構(gòu),研究了接頭的宏觀成形、缺陷形成機理、力學性能。研究結(jié)果表明:可以在軸肩尺寸較小的情況下獲得較深的焊縫,軸肩直徑與焊縫深度的比值最小可達2.35;采用帶導流槽的攪拌針及0.3mm的軸肩花紋外凸高度設計能夠有效改善接頭的成形情況;原始搭接界面在焊接時發(fā)生遷移,接頭橫截面均能觀察到“Hook”缺陷。熱影響區(qū)晶粒尺寸與母材相比并沒有發(fā)生明顯長大,這與軸肩尺寸較小有關(guān);前進側(cè)(Advanced Side,AS)熱機影響區(qū)與焊核界面非常明顯;軸肩直徑越小,獲得無孔洞缺陷接頭的能力越低,但原始界面最大遷移高度值(HD,Hook Defect)大幅降低;攪拌頭轉(zhuǎn)速越高或焊接速度越低,HD值越大;將原始搭接位置設置在前進側(cè),HD值大幅降低,最大降低幅度可達87%;焊前表面清理無法有效降低HD值,但可以降低“Hook”缺陷在焊核內(nèi)的遷移長度。母材硬度最高,接頭的最大軟化區(qū)為靠近返回側(cè)(Retreating Side,RS)的熱影響區(qū)與熱機影響區(qū)交界處;當提高焊接速度、降低攪拌頭旋轉(zhuǎn)速度以及降低軸肩直徑時,接頭軟化程度降低;前進側(cè)熱影響區(qū)的硬度損失小于返回側(cè)熱影響區(qū)的硬度損失;焊核硬度不受工藝參數(shù)變化的影響。接頭的抗拉強度與攪拌頭旋轉(zhuǎn)速度成反比,與焊接速度成正比;使用5mm軸肩直徑攪拌頭得到的接頭抗拉強度高于使用6mm軸肩直徑攪拌頭得到的接頭;接頭抗拉強度不受是否進行了焊前表面清理的影響;工藝參數(shù)范圍內(nèi),當使用6mm軸肩直徑攪拌頭、攪拌頭轉(zhuǎn)速3000rpm、焊接速度240mm/min時,接頭的抗拉強度達到最高,為386MPa;接頭強度由“Hook”缺陷形貌及HD值共同決定。
【學位授予單位】：南昌航空大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TG453.9
【圖文】：

南昌航空大學碩士學位論文 第 1 章 緒論氧氣濃縮器底板連接件局部焊縫由帶有數(shù)個氣體通道的鋁合金型材及同種材料的鋁合金蓋板組成，如圖 1-2 所示。鋁合金蓋板厚度為 2mm，鋁合金型材上部厚度為 1mm，焊縫搭接部分寬為 1mm，焊縫設計為二維彎曲形式。11蓋板 型材

圖 2-1 焊接接頭等效模型及尺寸2.1.2 試驗材料試驗采用 2024-T4 鋁合金冷軋板材，板厚分別為 2.0mm 及 4.0mm，其化學成分見表 2-1 所示，力學性能見表 2-2 所示。2024 鋁合金屬于可熱處理強化硬鋁合金，也被稱為航空鋁合金，以其高的比強度、比剛度而廣泛應用于飛機蒙皮、桁架、船舶帶筋壁板等國民支柱產(chǎn)業(yè)。表 2-1 2024-T4 鋁合金的化學成分（wt%）ω（Cu） ω（Cu） ω（Mn） ω（Cu） ω（Cr） ω（Fe） ω（Ti） ω（Al）3.8～4.9 1.2～1.8 0.3～1.0 0.25 0.10 0.50 0.15 余量表 2-2 2024-T4 鋁合金力學性能抗拉強度 σb/MPa 屈服強度 σ0.2/MPa 延伸率 A/% 顯微硬度/HV460 290 15 146

圖 2-2 攪拌摩擦焊機及夾具.2 攪拌頭設計與優(yōu)化與常規(guī)攪拌摩擦焊類似，小軸肩攪拌摩擦焊工具組成，如圖 2-3 所示。攪拌針一般由被焊材料的厚要依據(jù)試驗內(nèi)容進行相應設計。在本試驗中，因需點，攪拌針難以像常規(guī)攪拌摩擦焊一樣易于加工成此，本試驗固定攪拌頭夾持柄及攪拌針尺寸（攪拌進行軸肩形貌及攪拌針形貌的設計工作。

【參考文獻】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 趙慧慧;李穎;封小松;熊艷艷;胡藍;郭立杰;;2219鋁合金無傾角式攪拌摩擦焊接頭組織性能[J];航空制造技術(shù);2015年15期

2 高輝;董繼紅;張坤;欒國紅;;厚板鋁合金攪拌摩擦焊接頭組織及性能沿厚度方向的變化規(guī)律[J];焊接學報;2014年08期

3 吳志明;吳堅定;馬正斌;陳巍;董春林;欒國紅;;鋁合金攪拌摩擦焊對搭接接頭Hook缺陷研究[J];航空制造技術(shù);2014年16期

4 趙慧慧;封小松;熊艷艷;宿國友;;鋁合金超薄板無傾角微攪拌摩擦焊接頭組織性能[J];焊接學報;2014年07期

5 危荃;陳華斌;鄭德根;王飛;林濤;;2219鋁合金攪拌摩擦焊“弱連接”缺陷的制備及表征[J];無損檢測;2014年07期

6 國旭明;孟令偉;王敏;張會杰;;7B04高強鋁合金攪拌摩擦焊搭接接頭界面成形與力學性能[J];熱加工工藝;2014年09期

7 馬正斌;董春林;王衛(wèi)兵;欒國紅;;流動摩擦焊接過程塑性金屬流動行為[J];電焊機;2014年04期

8 Firouz FADAEIFARD;Khamirul Amin MATORI;Meysam TOOZANDEHJANI;Abdul Razak DAUD;Mohd Khairol Anuar Mohd ARIFFIN;Norinsan Kamil OTHMAN;Farhad GHARAVI;Abdul Hadi RAMZANI;Farhad OSTOVAN;;轉(zhuǎn)速對6061-T6鋁合金攪拌摩擦搭接焊接頭力學性能的影響(英文)[J];Transactions of Nonferrous Metals Society of China;2014年04期

9 張利國;孟慶國;姬書得;欒國紅;柴鵬;;軸肩結(jié)構(gòu)對攪拌摩擦焊過程中材料流動的影響[J];材料科學與工藝;2012年03期

10 S. Babu;G.D. Janaki Ram;P.V. Venkitakrishnan;G. Madhusudhan Reddy;K. Prasad Rao;;Microstructure and Mechanical Properties of Friction Stir Lap Welded Aluminum Alloy AA2014[J];Journal of Materials Science & Technology;2012年05期

相關(guān)碩士學位論文 前1條

1 廖美玲;軸肩形貌對攪拌摩擦焊縫金屬塑性流動及組織性能的影響[D];南昌航空大學;2015年

本文編號：2788238