搅拌摩擦焊搭接接头界面迁移行为的研究

论文摘要

本文对LY12(CZ)铝合金搅拌摩擦焊搭接焊缝进行了研究,通过对焊缝截面形貌进行观察,对焊缝中的迁移界面的特征进行了分析,总结了搅拌头形状及焊接工艺参数对迁移界面形貌的影响;对焊缝进行拉伸试验,分析了迁移界面形貌对焊缝拉伸性能的影响;以铝箔作为标示材料,研究了焊缝中的塑性金属迁移行为,对迁移界面的形成过程作出了分析;最后对焊缝中的迁移界面的控制从焊接参数及焊接工艺两个方面提出优化方案。研究结果表明:搅拌摩擦焊搭接接头中的迁移界面实质为一种未熔合缺陷,前进边发生迁移生成迁移界面的原始搭接界面长度要小于返回边;左螺纹搅拌头所焊焊缝迁移界面都向上迁移,右螺纹搅拌头所焊焊缝迁移界面都向下迁移,焊缝中返回边迁移界面的垂直迁移量要大于前进边;界面的垂直迁移量随着搅拌针长度的增加而增加,随着旋转速度的减小和焊接速度的增加而增加。剪切断裂试样发生的是脆性断裂,而拉伸断裂试样发生的是塑性断裂,所有试样中的迁移界面断口均为脆性断口;迁移界面的垂直迁移量对焊缝的性能影响最大,且垂直迁移量越大,焊缝的拉伸性能越差。搅拌摩擦焊焊缝金属三维流动可以用“三股流”金属流动模型来进行说明,这三股金属流分别为:搅拌针前方到后方的“驱动流”、搅拌针两侧“挤压流”和轴肩下面“摩擦流”。搅拌摩擦焊搭接焊缝中的界面发生迁移具有以下几个特征:迁移界面的迁移方向取决于搅拌针表面的螺纹类型;在搅拌头相同的焊接条件下,迁移界面的垂直迁移量取决于单位时间内搅拌针垂直方向迁移的金属量;固定搅拌头的情况下,迁移界面向焊核中迁移的水平距离取决于轴肩的作用力。使用单个搅拌头进行焊接时,使用搅拌针表面无螺纹的圆柱光面搅拌头所焊焊缝中迁移界面的垂直迁移量较低;使用左、右螺纹搅拌头复合焊接的二道焊工艺利用迁移界面的迁移特点来降低拉伸受力板中的应力集中值,从而提高接头断裂前能承受的最大载荷;本课题中,采用偏移距离为4mm、焊接方向垂直截面向外的二道焊工艺获所焊焊缝断裂载荷最高,为19.0KN。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究的目的及意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 焊缝塑性金属流动的研究
• 1.2.2 搅拌摩擦焊搭接界面现象的研究
• 1.3 研究的主要内容
• 第2章 试验条件与方法
• 2.1 试验条件
• 2.1.1 试验材料
• 2.1.2 试验设备
• 2.2 试验方法
• 2.2.1 工艺试验
• 2.2.2 焊缝金属流动行为的观察
• 2.2.3 金相试样制备
• 2.2.4 力学性能试验及断口分析
• 第3章 迁移界面特征及其影响因素的研究
• 3.1 迁移界面特征
• 3.1.1 界面在焊缝中的基本形态
• 3.1.2 迁移界面的定性分析
• 3.1.3 迁移界面的定量分析
• 3.1.4 迁移界面对搭接接头应力分布的影响
• 3.1.5 分析总结
• 3.2 搅拌头形状对界面迁移的影响
• 3.2.1 搅拌头螺纹方向对界面迁移的影响
• 3.2.2 搅拌针长度对界面迁移的影响
• 3.3 焊接工艺参数对界面迁移的影响
• 3.3.1 焊接速度对界面迁移的影响
• 3.3.2 旋转速度对界面迁移的影响
• 3.3.3 分析讨论
• 3.4 本章小结
• 第4章 迁移界面对接头拉伸性能的影响
• 4.1 拉伸试验结果及分析
• 4.2 断口特征分析
• 4.3 分析讨论
• 4.4 本章小结
• 第5章 界面迁移特征分析
• 5.1 搅拌摩擦焊焊缝金属流动机制
• 5.1.1 左螺纹搅拌头所焊焊缝金属流动机制
• 5.1.2 右螺纹搅拌头所焊焊缝金属流动机制
• 5.1.3 搅拌摩擦焊焊缝金属三维流动机制
• 5.2 搅拌摩擦焊搭接接头界面迁移特征分析
• 5.2.1 起焊点迁移界面三维模型
• 5.2.2 迁移界面三维示意图
• 5.2.3 搅拌摩擦焊搭接接头界面迁移特征
• 5.3 本章小结
• 第6章 搭接接头拉伸性能优化方案的探索
• 6.1 搅拌头形状的优化
• 6.1.1 搅拌头的选择
• 6.1.2 焊缝横截面形貌
• 6.1.3 拉伸试验
• 6.1.4 分析讨论
• 6.2 二道焊工艺
• 6.2.1 偏移距离
• 6.2.2 焊接方向
• 6.3 本章小结
• 第7章 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢