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(shì)。本課題對(duì)16 mm厚7B52疊層裝甲鋁合金板材進(jìn)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(dòng),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(xué)性能,并對(duì)焊接接頭的組織和力學(xué)性能進(jìn)行研究。首先對(duì)16 mm厚的7B52疊層鋁合金攪拌摩擦焊接進(jìn)行工藝研究。設(shè)計(jì)正交試驗(yàn),并結(jié)合熱輸入與焊接接頭抗拉強(qiáng)度和沖擊韌性的關(guān)系,確定了焊接工藝窗口。最優(yōu)的焊接參數(shù)為:使用攪拌針表面帶右旋螺紋和三平面的攪拌頭,逆時(shí)針旋轉(zhuǎn),焊速50 mm/min,轉(zhuǎn)速300 r/min。該參數(shù)下焊接接頭抗拉強(qiáng)度為383 MPa,沖擊韌性為13.8 J/cm²,焊接接頭各片層硬度達(dá)到母材的85%。焊接接頭各片層拉伸試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)第一片層的抗拉強(qiáng)度最低,為353.6 MPa。然后對(duì)焊接過程的金屬流動(dòng)進(jìn)行研究,發(fā)現(xiàn)焊核區(qū)出現(xiàn)兩個(gè)“洋蔥環(huán)”形貌,分析認(rèn)為這是厚板焊接時(shí)攪拌針表面的三平面使厚度方向出現(xiàn)了兩個(gè)金屬流動(dòng)循環(huán)產(chǎn)生的。焊核區(qū)后退側(cè)疊層結(jié)構(gòu)相對(duì)完整,前進(jìn)側(cè)出現(xiàn)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(xué)江蘇省 211工程院校

【文章頁數(shù)】：73 頁

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

[1]攪拌摩擦焊示意圖

碩士學(xué)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(jié)構(gòu)示意圖攪拌摩擦焊接過程中的熱輸入只有母材熔點(diǎn)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(shì)[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(hù)氣，且攪拌頭為非消耗性物品，有實(shí)驗(yàn)表明一個(gè)合格的攪拌頭可以連續(xù)工作實(shí)現(xiàn)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(xué)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(xì)晶強(qiáng)化；（4）設(shè)備簡單。攪拌摩擦焊設(shè)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(yīng)用范圍廣。如今，攪拌摩擦焊已經(jīng)成功運(yùn)用到了低熔點(diǎn)金屬，如鋁、鎂合金，高熔點(diǎn)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(yùn)用。但是攪拌摩擦焊在實(shí)際生產(chǎn)操作用仍然存在些問題，主要有[10-12]：（1）對(duì)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(duì)接接頭、搭接接頭，而在角接接頭的應(yīng)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(yīng)用到了工程中；（3）焊縫末端存在匙孔。在焊接結(jié)束時(shí)，攪拌針從焊件中抽出，得不到金屬回填，就留下一個(gè)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(shí)就進(jìn)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(huì)影響該處焊縫的質(zhì)量和美觀，目前已經(jīng)研究出回抽式攪拌?

碩士學(xué)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(jìn)一步的豐富和發(fā)展[20~22]。目前已經(jīng)發(fā)展出多種類型的攪拌摩擦焊接技術(shù)，如攪拌摩擦點(diǎn)焊、雙軸肩自適應(yīng)焊、復(fù)合熱源攪拌摩擦焊、以及攪拌摩擦加工技術(shù)等等。其中，攪拌頭[23~25]是攪拌摩擦焊的關(guān)鍵部件，常采用熔點(diǎn)較高、抗疲勞性較強(qiáng)的材料制作，如H13模具鋼、結(jié)構(gòu)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(dòng)化柔性化設(shè)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(yīng)用價(jià)值的新型加工技術(shù)。攪拌摩擦焊接是熱-力耦合過程，在高溫和機(jī)械攪拌力共同作用下，焊核區(qū)都是細(xì)小的等軸晶，細(xì)化的晶粒增加晶界數(shù)量，阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)，使得攪拌區(qū)性能得到改善[26]�；谶@一原理，自2001年起，攪拌摩擦焊技術(shù)便開始應(yīng)用于金屬材料的表面改性研究。在待加工區(qū)預(yù)先植入材料，利用攪拌摩擦焊金屬的粘塑性流動(dòng)和劇烈的晶粒變形，以期調(diào)整組織結(jié)構(gòu)，獲得具有特定性能的材料[27,28]。在利用純攪拌摩擦焊技術(shù)改善材料性能方面，孫鵬[29]等人認(rèn)為軸肩尺寸和轉(zhuǎn)速是影響AZ31鎂合金焊縫晶粒尺寸的關(guān)鍵因素，研究發(fā)現(xiàn)軸肩較大或轉(zhuǎn)速較大時(shí)，加工區(qū)的晶粒也較大，較小的軸肩尺寸和較低的轉(zhuǎn)速更利于得到細(xì)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(zhuǎn)速，并用水冷輔助，獲得了綜合性能良好的超細(xì)晶銅材料，并與通過塑性變形得到的細(xì)晶銅材進(jìn)行，結(jié)果表明雖然塑性變形得到的細(xì)晶銅材抗拉強(qiáng)度達(dá)到400~500Mpa，攪拌摩擦焊得到的超細(xì)晶材料只有300Mpa，但后者斷后延伸率是母材的50%，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于

【參考文獻(xiàn)】：
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碩士論文
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本文編號(hào)：3217947