鋁合金薄板攪拌摩擦焊焊接變形機理與控制.pdf

1、隨著我國航空航天事業(yè)的飛速發(fā)展,以焊代鉚是鋁合金薄壁結構的發(fā)展趨勢。作為固相焊接技術,攪拌摩擦焊技術已成為鋁合金材料焊接的首先工藝,可以有效避免材料在焊接過程中的燒穿和焊縫成型不良等問題,但是焊接變形問題依然十分嚴重,是在工程應用中急需解決的一大難題。
　　 攪拌摩擦焊(FSW)中常見的焊接變形包括錯邊變形、失穩(wěn)變形和撓曲變形。分析認為:焊縫及其附近區(qū)域的縱向殘余拉應力沿厚度方向的不對稱分布是引起撓曲變形的本質(zhì)原因,遠離焊縫區(qū)域

2、的縱向殘余壓應力超過失穩(wěn)臨界值則是引起失穩(wěn)變形的本質(zhì)原因。焊接過程中不規(guī)則溫度場和焊接力以及流變抗力是焊接變形的誘發(fā)機制。變形是表象,殘余應力是本質(zhì),誘發(fā)機制是根源。應該從根源上出發(fā),扼制熱致變形誘發(fā)機制和力致變形誘發(fā)機制,控制焊接變形。
　　 本文采用在常規(guī)攪拌摩擦焊的基礎上加入隨焊水冷裝置,調(diào)節(jié)焊接過程中的溫度場的方法,減小焊接過程中的殘余應力和焊接變形,來達到控制焊接變形的目的。論文中COMSOL軟件對焊接溫度場做了數(shù)值模

3、擬,分析了不同的冷卻強度對接頭溫度場和焊接變形的影響。數(shù)值模擬結果與試驗結果基本吻合。
　　 在數(shù)值模擬的基礎上,對2024薄板進行了焊接試驗。在冷卻水壓強為0.4MPa時,接頭上下表面殘余應力差值低于36MPa,失穩(wěn)撓曲變形量最小,撓度小于1mm,扭曲度約1mm。然后,以此為基礎,分布使用不銹鋼工作臺、超聲攪拌復合焊的方法,對2524薄板進行了焊接試驗,試驗結果表明不銹鋼焊臺有利于抑制熱致變形誘發(fā)機制,超聲攪拌復合焊有利與抑制

4、力致變形誘發(fā)機制。
　　 最后以2024長板為試驗材料完成了鋁合金薄板攪拌摩擦焊焊接變形工藝對策驗證試驗,驗證其工藝可行性。在焊接變形小的前提下,對不同工藝參數(shù)下的接頭做了強度對比,發(fā)現(xiàn)當冷卻水壓強為0.4MPa、攪拌頭轉速為2100r/min、焊接速度為120mm/min時,長板接頭的焊接變形最小,變形量小于2mm;焊縫成形與力學強度最佳,其拉伸強度超過母材的80％。
　　 本文認為,在攪拌摩擦焊過程中,使用隨焊水冷等