下軸肩冷卻對(duì)6061-T6鋁合金雙軸肩攪拌摩擦焊接頭性能的影響.pdf

1、雙軸肩攪拌摩擦焊(BTFSW)是由常規(guī)攪拌摩擦焊(FSW)進(jìn)一步發(fā)展而來(lái)，利用BTFSW有兩個(gè)軸肩的特點(diǎn)，將兩個(gè)軸肩所受的作用力相互抵消，有效的減小了主軸負(fù)載，突破了焊機(jī)對(duì)剛性的限制、并能改善焊縫的根部缺陷。但在BTFSW焊接過(guò)程中，上軸肩與焊機(jī)夾持部分接觸，散熱條件好，下軸肩體積小，散熱條件差，導(dǎo)致接頭上下表面存在溫度差，從而影響焊縫成形質(zhì)量。如何在保證焊接質(zhì)量的前提下，降低雙軸肩攪拌頭下軸肩的溫度，平衡焊件上下表面熱量，減小上下表面

2、溫度差成為BTFSW的急需解決的難題。
　　本課題將針對(duì)原雙軸肩攪拌頭的缺點(diǎn)，設(shè)計(jì)新型的雙軸肩攪拌頭以及配套的冷卻裝置。將冷卻裝置安裝在雙軸肩攪拌頭的下軸肩底部，使用螺紋配合與攪拌針連接。焊接時(shí)，冷卻裝置隨著雙軸肩攪拌頭一同旋轉(zhuǎn)，帶動(dòng)冷卻液流過(guò)冷卻裝置，帶走大量焊接熱，最終實(shí)現(xiàn)循環(huán)冷卻。冷卻裝置主要對(duì)攪拌頭下軸肩進(jìn)行冷卻，在帶走多余焊接熱量的同時(shí)，平衡接頭的上下表面溫度。通過(guò)研究下軸肩冷卻對(duì)6061鋁合金雙軸肩攪拌摩擦焊接頭性能影

3、響，能更好的分析冷卻條件對(duì)于焊接熱循環(huán)的調(diào)節(jié)作用，同時(shí)在研究相變與焊接熱循環(huán)以及與接頭組織性能的關(guān)系基礎(chǔ)上，可以有效的對(duì)焊接參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，提高接頭性能，為6061-T6鋁合金的雙軸肩攪拌摩擦焊接奠定理論和工藝基礎(chǔ)。
　　試驗(yàn)結(jié)果表明：在旋轉(zhuǎn)速度為810r/min，焊接速度為160mm/min條件下，對(duì)下軸肩冷卻可以使工件焊接時(shí)得到焊縫表面美觀(guān)，且無(wú)明顯孔洞隧道等缺陷。通過(guò)對(duì)有冷卻裝置的BTFSW進(jìn)行溫度場(chǎng)研究，發(fā)現(xiàn)使用冷卻裝置可以

4、降低接頭區(qū)域整體的溫度，其中對(duì)接頭的下表面冷卻作用最為顯著，同時(shí)縮小了被焊工件上下表面的溫度差，保證焊縫的上下表面受熱均勻。使用冷卻裝置，還可以使工件在各溫度區(qū)間的持續(xù)時(shí)間減少，高溫持續(xù)時(shí)間的縮短抑制了晶粒生長(zhǎng)，細(xì)化了晶粒組織，提高了接頭強(qiáng)度；使用冷卻裝置后，接頭區(qū)域的整體范圍變窄，接頭寬度減小了約4mm，焊核區(qū)晶粒粒度變小，排列更為均勻，硬度普遍提高，硬度最小值從55HV提高到60HV；熱機(jī)影響區(qū)范圍縮小，強(qiáng)化相析出量增多，同時(shí)晶粒長(zhǎng)