旋转摩擦焊焊缝金属塑性流动行为及组织变化

论文摘要

本文以铁丝为标识材料，将其镶嵌于45号钢材中，选用不同的摩擦焊方式进行摩擦焊接试验，焊后分别沿焊缝中心线方向、垂直于焊缝方向截取金相试样，通过观测铁丝的分布特征分析焊接参数对焊缝金属塑性流动的影响。在试验观察的基础上，对连续驱动摩擦焊和惯性摩擦焊塑性流动行为进行比较，分析焊缝塑性金属的流动方式。研究结果表明，在连续驱动摩擦焊焊接过程中，焊缝塑性变形层首先在距离圆心2/3半径处形成，逐渐向圆心和外圆扩张，直至整个焊接面都形成塑性变形层，然后逐渐向轴向扩展。在焊接过程中，焊缝金属沿着接头结合面径向流动，在摩擦扭矩的作用下焊缝金属会整体扭转。随着焊接时间、摩擦压力和顶锻压力等焊接参数的增加，径向流动的距离和整体扭转的角度逐渐增大，而随着距焊缝结合面距离的增加，焊缝金属径向流动的距离和焊缝金属整体扭转的角度逐渐减小。在惯性摩擦焊焊接过程中，焊缝金属的流动方式由径向流动、螺旋式流动和轴向流动组成。随着旋转速度和摩擦压力的增加，焊缝塑性金属的径向流动逐渐增大，焊缝金属整体扭转（也就是螺旋式流动）角度也逐渐增大；随着距焊缝结合面的距离逐渐增加，焊缝塑性金属的径向流动逐渐减小，整体扭转的角度也变小。焊缝金属会在轴向发生流动，因而焊缝金属在接头两侧相互渗透，并且随着焊接参数的增加而逐渐增加。在流动过程中，焊缝金属产生塑性变形，从而导致晶粒再结晶，因此晶粒细化。在径向方向，焊缝组织和晶粒尺寸都有显著变化，焊心为珠光体和点状铁素体组织，焊口为珠光体和块状的铁素体组织，晶粒从焊心到焊口逐渐长大。在轴向方向，珠光体和铁素体的晶粒度逐渐减小，在焊缝中心铁素体是以点状分布在珠光体之间，热影响区的铁素体以块状分布。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究目的及意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 摩擦焊焊接原理和特点
• 1.2.2 摩擦焊接技术工艺
• 1.2.3 摩擦焊焊缝金属塑性流动的研究
• 1.2.4 摩擦焊焊缝金属组织的研究
• 1.3 存在的主要问题
• 1.4 课题研究的主要内容
• 第2章 试验材料及方案
• 2.1 试验材料及设备
• 2.1.1 试验材料
• 2.1.2 试验设备
• 2.2 试验方法
• 第3章 连续驱动摩擦焊焊缝塑性金属流动行为的研究
• 3.1 摩擦时间对焊缝塑性金属流动的影响
• 3.1.1 不同摩擦时间下焊缝结合面金属变形形貌
• 3.1.2 摩擦时间对焊缝结合面标识材料塑性变形的影响
• 3.1.3 摩擦时间对距结合面 0.5mm 处截面标识材料塑性变形的影响
• 3.2 摩擦压力对焊缝塑性金属流动的影响
• 3.2.1 摩擦压力对焊缝结合面标识材料塑性变形的影响
• 3.2.2 摩擦压力对距结合面 0.5mm 处截面标识材料塑性变形的影响
• 3.3 不同顶锻压力下焊缝结合面标识材料的变形形貌
• 3.4 本章小结
• 第4章 惯性摩擦焊焊缝塑性金属流动行为的研究
• 4.1 焊接接头飞边形态的分析
• 4.1.1 不同旋转速度下接头飞边形态的分析
• 4.1.2 不同摩擦压力下的接头飞边形态的分析
• 4.2 摩擦压力对焊缝标识材料流动的影响
• 4.2.1 摩擦压力对焊缝结合面标识材料塑性变形的影响
• 4.2.2 摩擦压力对距结合面 0.5mm 处截面标识材料塑性变形的影响
• 4.3 旋转速度对焊缝标识材料塑性变形的影响
• 4.3.1 旋转速度对焊缝结合面标识材料塑性变形的影响
• 4.3.2 旋转速度对距结合面 0.5mm 处截面标识材料塑性变形的影响
• 4.4 本章小结
• 第5章 工艺参数对接头组织变化的影响
• 5.1 工艺参数对接头组织径向变化的影响
• 5.2 工艺参数对接头组织轴向变化的影响
• 5.3 本章小结
• 第6章 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢