7B52疊層裝甲鋁合金是一種新型的具有優(yōu)良抗彈性的疊層材料,相較于其它焊接方法,攪拌摩擦焊具有顯著優(yōu)勢。本課題對16 mm厚7B52疊層裝甲鋁合金板材進行了攪拌摩擦焊接研究。通過分析焊縫表面溫度特征和金屬流動,采用在焊縫表面植入金屬粉末的方法來提高焊接接頭的力學性能,并對焊接接頭的組織和力學性能進行研究。首先對16 mm厚的7B52疊層鋁合金攪拌摩擦焊接進行工藝研究。設計正交試驗,并結合熱輸入與焊接接頭抗拉強度和沖擊韌性的關系,確定了焊接工藝窗口。最優(yōu)的焊接參數為:使用攪拌針表面帶右旋螺紋和三平面的攪拌頭,逆時針旋轉,焊速50 mm/min,轉速300 r/min。該參數下焊接接頭抗拉強度為383 MPa,沖擊韌性為13.8 J/cm²,焊接接頭各片層硬度達到母材的85%。焊接接頭各片層拉伸試驗發(fā)現第一片層的抗拉強度最低,為353.6 MPa。然后對焊接過程的金屬流動進行研究,發(fā)現焊核區(qū)出現兩個“洋蔥環(huán)”形貌,分析認為這是厚板焊接時攪拌針表面的三平面使厚度方向出現了兩個金屬流動循環(huán)產生的。焊核區(qū)后退側疊層結構相對完整,前進側出現紊流區(qū)。通過分析板厚方向、水平方向和... 

【文章來源】：南京理工大學江蘇省 211工程院校

【文章頁數】：73 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

[1]攪拌摩擦焊示意圖

碩士學位論文厚板7B52疊層裝甲鋁合金攪拌摩擦焊工藝和性能表征研究3圖1.2[6]攪拌摩擦焊縫橫截面典型結構示意圖攪拌摩擦焊接過程中的熱輸入只有母材熔點的60%-80%，相比于傳統(tǒng)的焊接方法，它具有無可比擬的優(yōu)勢[7-9]：（1）焊縫成形效率高。低熱輸入使得焊縫中無氣孔、裂紋等缺陷；焊件變形小，無需矯形加工；（2）焊接損耗少。不需要焊絲和保護氣，且攪拌頭為非消耗性物品，有實驗表明一個合格的攪拌頭可以連續(xù)工作實現1000多米長的鋁合金焊接；（3）焊接接頭具有優(yōu)良的綜合力學性能。由于攪拌頭施加了大的下壓作用，類似鍛造的焊接過程使焊縫組織發(fā)生細晶強化；（4）設備簡單。攪拌摩擦焊設備大多可以通過改造銑床得到，焊接過程穩(wěn)定；無飛濺和煙塵，操作者可以直接觀察；（5）應用范圍廣。如今，攪拌摩擦焊已經成功運用到了低熔點金屬，如鋁、鎂合金，高熔點金屬如銅、鋼等的同種金屬或異種金屬焊接上，且厚度在20mm以下的焊縫都得到成熟運用。但是攪拌摩擦焊在實際生產操作用仍然存在些問題，主要有[10-12]：（1）對焊接工裝要求很高。焊縫間隙和高度差盡量小于0.2mm；焊縫下必須有墊板作剛性支撐；（2）接頭形式比熔焊少。由于裝配精度要求高，且不同深度的焊縫需要不同規(guī)格的攪拌頭，一般攪拌摩擦焊多用于焊對接接頭、搭接接頭，而在角接接頭的應用上還不夠多。目前研究者也在向靜軸肩、角焊縫、空間焊縫等方向展開研究，并且部分已成功應用到了工程中；（3）焊縫末端存在匙孔。在焊接結束時，攪拌針從焊件中抽出，得不到金屬回填，就留下一個與攪拌針形狀類似的孔洞。消除方法常采用添加引出板或著在加工材料時就進行放樣，攪拌摩擦焊后將末端的匙孔切除。匙孔不是缺陷，但會影響該處焊縫的質量和美觀，目前已經研究出回抽式攪拌?

碩士學位論文厚板7B52疊層裝甲鋁合金攪拌摩擦焊工藝和性能表征研究5圖1.3鋁合金列車車體攪拌摩擦焊接頭多年以來，攪拌摩擦焊接工藝得到了進一步的豐富和發(fā)展[20~22]。目前已經發(fā)展出多種類型的攪拌摩擦焊接技術，如攪拌摩擦點焊、雙軸肩自適應焊、復合熱源攪拌摩擦焊、以及攪拌摩擦加工技術等等。其中，攪拌頭[23~25]是攪拌摩擦焊的關鍵部件，常采用熔點較高、抗疲勞性較強的材料制作，如H13模具鋼、結構陶瓷、鎢基合金等。總體來說，從單一接頭形式的平面焊接方式到多種接頭形式和空間焊接方式；從薄板焊接到超薄板與厚板焊接的工藝創(chuàng)新，以及更自動化柔性化設備的研發(fā)，都是未來攪拌摩擦焊發(fā)展的方向，也必將發(fā)展出更多具有工程應用價值的新型加工技術。攪拌摩擦焊接是熱-力耦合過程，在高溫和機械攪拌力共同作用下，焊核區(qū)都是細小的等軸晶，細化的晶粒增加晶界數量，阻礙位錯運動，使得攪拌區(qū)性能得到改善[26]。基于這一原理，自2001年起，攪拌摩擦焊技術便開始應用于金屬材料的表面改性研究。在待加工區(qū)預先植入材料，利用攪拌摩擦焊金屬的粘塑性流動和劇烈的晶粒變形，以期調整組織結構，獲得具有特定性能的材料[27,28]。在利用純攪拌摩擦焊技術改善材料性能方面，孫鵬[29]等人認為軸肩尺寸和轉速是影響AZ31鎂合金焊縫晶粒尺寸的關鍵因素，研究發(fā)現軸肩較大或轉速較大時，加工區(qū)的晶粒也較大，較小的軸肩尺寸和較低的轉速更利于得到細晶，但要以避免熱輸入不足引起焊接缺陷。薛鵬[30]等人用低焊速和高轉速，并用水冷輔助，獲得了綜合性能良好的超細晶銅材料，并與通過塑性變形得到的細晶銅材進行，結果表明雖然塑性變形得到的細晶銅材抗拉強度達到400~500Mpa，攪拌摩擦焊得到的超細晶材料只有300Mpa，但后者斷后延伸率是母材的50%，遠遠高于

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碩士論文
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本文編號：3217947