电磁场对异种金属摩擦焊接头组织及性能的影响

论文摘要

本文主要结合不同异种金属在有无外加电磁场情况下的连续驱动摩擦焊接过程，采用实验研究和理论分析的方法，初步探讨了电磁场对不同异种金属摩擦焊接头焊合区组织、合金元素扩散行为及室温力学性能的影响与作用机制。 首先以TC4钛合金与L5纯铝为研究对象，研究了常规摩擦焊接规范参数及焊后热处理参数对TC4钛合金与L5纯铝摩擦焊接头组织及室温力学性能的影响。结果表明TC4钛合金与L5纯铝摩擦焊接性良好，采用本研究的焊接参数及焊后热处理规范时，焊接接头抗拉强度达到了铝侧母材水平，焊合区无金属间化合物相的产生；经焊后回火热处理后，主要合金元素沿焊合区的扩散区宽度增大；焊合区钛合金侧硬度值显著提高。 其次本文通过对焊接接头的组织、再结晶区宽度、硬度分布、扩散区宽度及室温拉伸强度的测试与分析，研究了电磁场对是弱磁性材料TC4钛合金与LD10铝合金摩擦焊接组织与室温力学性能的影响，并探讨了电磁场对异种弱磁性材料摩擦焊接头的组织与性能的影响机制。研究结果表明：TC4钛合金与LD10铝合金在外加电磁场作用下的摩擦焊接头铝合金侧塑性变形区宽度增大；外加电磁场促使主要合金元素扩散区宽度增加，且顶锻阶段电磁场的影响更加明显。顶锻阶段施加电磁场作用使摩擦焊接头拉伸强度明显提高。 最后本文以强磁性材料W6Mo5Cr4V2高速钢与45钢为研究对象，利用自行开发的摩擦焊机闭环控制系统，测量了摩擦焊接过程中，转速对摩擦焊机主机电枢电流(即摩擦扭矩)的影响曲线，并通过回归分析建立了W6Mo5Cr4V2高速钢与45钢摩擦焊接过程中摩擦焊机主机电枢电流峰值(峰值扭矩)与焊接转速，以及稳定摩擦阶段摩擦焊机主机电枢电流平衡值(平衡扭矩)与焊接转速的统计模型。同时研究了有、无电磁场作用下W6Mo5Cr4V2高速钢与45钢的摩擦焊接头组织、扩散区宽度、硬度分布、室温拉伸强度及拉伸断口形貌，揭示了电磁场通过扩散过程对异种强磁性材料摩擦焊接头的组织与性能产生影响的作用机制。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 摩擦焊接基本理论及技术的研究现状
• 1.2.1.1 摩擦焊缝金属动态再结晶理论
• 1.2.1.2 摩擦焊合区金属的超塑性和超塑性摩擦焊
• 1.2.1.3 异种金属摩擦焊接技术的研究
• 1.2.2 电磁感应加热及其在焊接中的应用
• 1.2.2.1 电磁感应加热原理
• 1.2.2.2 电磁场在熔化焊接中的应用研究
• 1.2.2.3 静电场和电磁场在摩擦焊接过程中的应用研究
• 1.3 本文的主要研究内容
• 1.3.1 研究目标
• 1.3.2 研究内容
• 本章参考文献
• 第二章 实验材料及研究方法
• 2.1 试验材料
• 2.2 试验设备
• 2.3 试件及实验过程
• 2.4 焊接组织及性能分析方法
• 2.4.1 接头金相试样制备及组织分析
• 2.4.2 焊接接头变形区宽度测试
• 2.4.3 摩擦焊接头扩散区宽度的测量
• 2.4.4 摩擦焊接头性能实验及断口形貌分析
• 2.5 感应线圈的设计
• 2.6 感应摩擦焊接过程计算机控制系统的设计
• 第三章 TC4钛合金与L5纯铝的摩擦焊接
• 3.1 试验方法
• 3.2 实验结果
• 3.2.1 TC4钛合金与L5纯Al摩擦焊接过程参数的检测
• 3.2.2 TC4钛合金与L5纯铝摩擦焊接头组织
• 3.2.3 焊后热处理对TC4钛合金与L5纯铝摩擦焊接界面合金元素扩散行为的影响
• 3.2.4 焊后热处理对TC4钛合金与L5纯铝摩擦焊接头力学性能的影响
• 3.3 本章小结
• 本章参考文献
• 第四章 电磁场对TC4钛合金与LD10铝合金摩擦焊缝金属组织与性能的影响
• 4.1 试验方法
• 4.2 实验结果
• 4.2.1 电磁场对TC4与LD10合金摩擦焊合区金属组织的影响
• 4.2.2 电磁场对TC4与LD10合金摩擦焊接头铝合金侧塑性变形区宽度的影响
• 4.2.3 电磁场对TC4与LD10合金摩擦焊接头合金元素扩散行为的影响
• 4.2.4 电磁场对TC4与LD10合金摩擦焊接头硬度分布的影响
• 4.2.5 电磁场对TC4与LD10合金摩擦焊接头抗拉伸性能的影响
• 4.3 分析与讨论
• 4.4 本章小结
• 本章参考文献
• 第五章 电磁场对高速钢与45钢摩擦焊缝金属组织与性能的影响
• 5.1 实验方法
• 5.2 实验结果
• 5.2.1 W6Mo5Cr4V2高速钢和45钢摩擦焊接转速对摩擦扭矩的影响
• 5.2.2 电磁场对W6Mo5Cr4V2高速钢和45钢摩擦焊接头组织的影响
• 5.2.3 电磁场对W6Mo5Cr4V2高速钢和45钢摩擦焊接头合金元素扩散行为的影响
• 5.2.4 电磁场对W6Mo5Cr4V2高速钢和45钢摩擦焊接头硬度分布的影响
• 5.2.5 电磁场对W6Mo5Cr4V2高速钢和45钢摩擦焊接头抗拉强度的影响
• 5.2.6 W6Mo5Cr4V2高速钢和45钢拉伸断口的分析
• 5.3 讨论与分析
• 5.4 本章小结
• 本章参考文献
• 结论
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文
• 致谢
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• 西北工业大学学位论文原创性声明