攪拌針形貌和溫度場(chǎng)對(duì)厚板鋁合金FSW焊縫金屬流動(dòng)的影響.pdf_第1頁(yè)
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1、本文采用6種不同形貌的攪拌針和添加輔助熱源的方式對(duì)20mm厚的2024-T4鋁合金板材進(jìn)行攪拌摩擦焊試驗(yàn)。通過改變攪拌針形貌研究其對(duì)焊接時(shí)接頭溫度的影響,并測(cè)量了焊核區(qū)的形狀尺寸,分析了不同攪拌針形貌對(duì)焊縫塑性金屬流動(dòng)行為的影響;利用有限元分析軟件ANSYS對(duì)不同初始溫度下的焊縫溫度場(chǎng)進(jìn)行模擬,探討了溫度場(chǎng)的變化規(guī)律以及其對(duì)焊縫金屬流動(dòng)的影響。為優(yōu)化攪拌針的設(shè)計(jì)和厚板鋁合金的焊接提供理論參考。
  研究結(jié)果表明:攪拌摩擦焊焊接20

2、mm厚2024鋁合金時(shí),合適的焊接工藝參數(shù)范圍較小。焊接熱輸入對(duì)厚板鋁合金材料的成形有較大影響,在旋轉(zhuǎn)速度為375r/min、焊接速度為37.5mm/min時(shí),可獲得無缺陷的焊接接頭。
  攪拌針形貌對(duì)塑性金屬流動(dòng)有很大影響。在攪拌針錐度為25°至15°范圍內(nèi),減小攪拌針基體錐度對(duì)焊縫金屬充分流動(dòng)有促進(jìn)作用。當(dāng)錐度減小至15°時(shí),攪拌針表面螺紋對(duì)塑性金屬的驅(qū)動(dòng)力減??;但攪拌針端部直徑增大、摩擦面積增加、產(chǎn)熱增加,致使接頭底部高溫區(qū)

3、變寬、焊縫中塑化的金屬量以及攪拌針?biāo)鶖y帶的金屬量增多,從而焊核區(qū)塑性金屬擠壓作用增加。宏觀表現(xiàn)為焊核高度、寬度和面積都增大。
  多頭螺紋攪拌針會(huì)增強(qiáng)焊縫塑性金屬的流動(dòng)。相比單頭和雙頭螺紋,3頭螺紋攪拌針的金屬流動(dòng)通道更多,焊縫塑性金屬在軸向方向上的抽吸擠壓作用增強(qiáng),攪拌針端部脫離的高溫金屬量增多;但焊核周圍母材金屬的溫度未隨螺紋頭數(shù)的增減而變化,即焊核金屬周圍母材的抗變形能力相同。因此隨金屬量的增加,焊核區(qū)金屬向焊縫表層擴(kuò)張趨勢(shì)

4、增強(qiáng),焊縫中的孔洞及疏松等焊接缺陷減少。
  采用合適的輔熱溫度對(duì)2024-T4鋁合金進(jìn)行焊接,可改善焊縫的孔洞缺陷,獲得無缺陷的焊接接頭。當(dāng)輔助熱源溫度為40℃時(shí),2024-T4鋁合金焊縫整體溫度升高,高溫區(qū)變寬,金屬軟化程度提升,塑化金屬量增多,攪拌針向焊縫底部抽吸的金屬量增加,使焊核區(qū)金屬橫向擠壓力增強(qiáng),阻力減弱;焊縫中“抽吸擠壓”作用增強(qiáng),塑性金屬會(huì)更趨向于在橫向方向流動(dòng),向上流動(dòng)動(dòng)能減小。宏觀表現(xiàn)為焊核區(qū)的面積、寬度和高

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