采用超聲能量輔助攪拌摩擦焊接（FSW）過程,在提高焊接速度、降低焊接載荷、改善材料流動等方面取得了一定成效。目前,研究人員采用了多種模式向FSW過程施加超聲振動,如通過軸承向攪拌頭施加橫向振動,通過復(fù)雜裝置向攪拌頭施加軸向振動,通過滾輪向焊件一側(cè)施加振動,直接向攪拌頭前方的待焊工件施加振動,向工件背面的固定點(diǎn)施加振動,等等。然而,這些超聲施加方式都不同程度地存在一些問題。研發(fā)將超聲振動與攪拌摩擦焊接過程高效耦合的新設(shè)備和新工藝,對于進(jìn)一步改善焊接質(zhì)量、提高焊接效率、提升輕量化結(jié)構(gòu)焊接制造水平,具有重要意義。將XHL7132數(shù)控銑床自主改裝為攪拌摩擦焊機(jī),通過滾柱將超聲振動從橫向施加于攪拌頭,成功研制了超聲輔助攪拌摩擦焊接（UVaFSW）系統(tǒng)。振幅測量結(jié)果表明,UVaFSW采用滾柱實(shí)現(xiàn)了超聲振動向攪拌頭的有效耦合,避免了軸承式耦合的能量損耗。超聲振動經(jīng)變幅桿-滾柱工具頭-攪拌頭傳遞至工件,實(shí)現(xiàn)了攪拌頭的熱-力作用與超聲軟化效應(yīng)的同步耦合。采用自主研發(fā)的UVaFSW系統(tǒng),開展了 6 mm厚的6061-T6鋁合金板的常規(guī)FSW和UVaFSW對接工藝試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果表明,UVaFSW能夠拓寬工藝... 

【文章頁數(shù)】：103 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
Abstract
第1章 前言
    1.1 選題意義
    1.2 功率超聲在金屬成形中的應(yīng)用與研究
        1.2.1 金屬成形中超聲效應(yīng)的基礎(chǔ)研究
        1.2.2 超聲波金屬焊接
        1.2.3 超聲增材制造
    1.3 功率超聲裝置的研發(fā)
        1.3.1 大功率換能器
        1.3.2 超聲旋轉(zhuǎn)加工裝置
    1.4 攪拌摩擦焊接過程中超聲振動施加方式與裝置
        1.4.1 旋轉(zhuǎn)超聲輔助攪拌摩擦焊
        1.4.2 從橫向?qū)⒊曊駝玉詈嫌跀嚢桀^
        1.4.3 超聲振動直接施加于工件
    1.5 本文主要研究內(nèi)容
第2章 超聲輔助攪拌摩擦焊接系統(tǒng)的研制
    2.1 超聲輔助攪拌摩擦焊接系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)
    2.2 基于XHL7132數(shù)控銑床的攪拌摩擦焊機(jī)改裝
    2.3 焊接載荷采集系統(tǒng)
        2.3.1 總體設(shè)計(jì)
        2.3.2 硬件裝置
    2.4 超聲振動單元
        2.4.1 超聲波發(fā)生器的選用
        2.4.2 換能器的選用
        2.4.3 變幅桿的選用
        2.4.4 超聲工具頭的設(shè)計(jì)
        2.4.5 總體結(jié)構(gòu)
    2.5 超聲振動的測量和表征
        2.5.1 激光測振法原理
        2.5.2 變幅桿端面的振幅測量
        2.5.3 攪拌頭軸肩的振幅測量
    2.6 本章小結(jié)
第3章 超聲輔助攪拌摩擦焊接工藝試驗(yàn)
    3.1 試驗(yàn)材料、設(shè)備與工藝參數(shù)
    3.2 焊縫成形與工藝窗口
    3.3 接頭微觀組織
    3.4 接頭力學(xué)性能
        3.4.1 顯微硬度
        3.4.2 拉伸性能
        3.4.3 沖擊性能
        3.4.4 彎曲性能
    3.5 本章小結(jié)
第4章 超聲振動對UVaFSW過程參量的影響
    4.1 焊接載荷
        4.1.1 FSW與UVaFSW中焊接載荷的比較
        4.1.2 UVeFSW與UVaFSW中焊接載荷的比較
    4.2 焊接熱循環(huán)
    4.3 材料流動
        4.3.1 FSW材料流動的一般規(guī)律
        4.3.2 焊縫橫截面不同位置的材料流動
        4.3.3 焊縫水平截面不同深度的材料流動
    4.4 本章小結(jié)
第5章 結(jié)論
參考文獻(xiàn)
致謝
攻讀碩士期間發(fā)表的論文
學(xué)位論文評閱及答辯情況表


【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]金屬超聲波增材制造技術(shù)的發(fā)展[J]. 李鵬,焦飛飛,劉郢,劉曉兵,果春煥,姜風(fēng)春.  航空制造技術(shù). 2016(12)
[2]外加能量輔助攪拌摩擦焊技術(shù)的研究進(jìn)展[J]. 劉小超,武傳松.  精密成形工程. 2015(05)
[3]多功能旋轉(zhuǎn)超聲加工裝置的設(shè)計(jì)與優(yōu)化[J]. 黃帥,劉新,瞿嬌嬌,陳發(fā)澤,徐文驥.  電加工與模具. 2013(05)
[4]超聲振動輔助攪拌摩擦焊的研究進(jìn)展[J]. 武傳松,劉小超.  焊接. 2013(04)
[5]低碳鋼攪拌摩擦焊用摩擦頭的失效研究[J]. 王希靖,梁建莉,張忠科,路永新.  電焊機(jī). 2012(02)
[6]鋁合金超聲攪拌復(fù)合焊接[J]. 賀地求,李劍,李東輝,梁健章.  焊接學(xué)報(bào). 2011(12)
[7]感應(yīng)電能傳輸超聲振動刀柄集成系統(tǒng)[J]. 皮鈞,王素,馮薇.  拖拉機(jī)與農(nóng)用運(yùn)輸車. 2010(01)
[8]攪拌摩擦焊技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢[J]. 欒國紅,柴鵬.  金屬加工(熱加工). 2008(24)
[9]旋轉(zhuǎn)超聲磨削裝置的研制[J]. 肖永軍,楊衛(wèi)平,李堯忠,劉瑞.  制造技術(shù)與機(jī)床. 2007(06)
[10]壓電超聲換能器的應(yīng)用與發(fā)展[J]. 賈寶賢,邊文鳳,趙萬生,王振龍.  壓電與聲光. 2005(02)

碩士論文
[1]超聲振動強(qiáng)化攪拌摩擦焊工藝及接頭疲勞性能的研究[D]. 吳明孝.山東大學(xué) 2017
[2]超聲輔助FSW的振動施加方式與工藝實(shí)驗(yàn)研究[D]. 鐘益斌.山東大學(xué) 2016
[3]超聲振動強(qiáng)化攪拌摩擦焊工藝及機(jī)理的研究[D]. 劉小超.山東大學(xué) 2015



本文編號：3653449