【正文】 (a) (b) 圖25 5mm板厚，不同軸肩直徑所焊焊縫的表面成型圖26 是實(shí)驗(yàn)代號(hào)51，52，所焊出的焊縫受力曲線圖。 （a） (b) (c) (d) （e）相同板厚不同壓入量的受力曲線圖圖29 相同板厚、不同壓入量的焊縫表面成型及受力曲線圖 焊縫截面的宏觀金相觀察 將焊縫按不同壓入量從右到左的順序分成4個(gè)區(qū)域，分別取樣本做成宏觀金相，標(biāo)號(hào)為（1），（2），（3），（4），通過16倍顯微鏡觀察的結(jié)果如圖210所示。焊接結(jié)束時(shí)停止進(jìn)給但不退出焊縫，繼續(xù)觀察壓力曲線，發(fā)現(xiàn)壓力逐漸下降，退出焊縫后壓力歸零。壓力會(huì)快速下降，這也說明焊接過程中軸向壓力的產(chǎn)生是一個(gè)動(dòng)態(tài)過程，是通過焊接的不斷進(jìn)給來維持的。 1） 軸肩直徑對(duì)焊縫質(zhì)量的影響通過觀察（圖24 ，26 ，28 ）中焊縫受力曲線，可以很清楚的看出使用軸肩直徑大的焊縫焊接出來的焊縫受力更大。我們可以看出，盡管軸肩尺寸相差較大，但是壓強(qiáng)差別不大，說明焊縫受到軸向力大小的影響因素主要是與軸肩尺寸有關(guān)，攪拌針的尺寸也有一定影響。焊接時(shí)，熱塑性金屬在攪拌頭的旋轉(zhuǎn)過程中受到摩擦力的作用。由于鋁合金的臨界剪切力隨著溫度的升高會(huì)有所下降，因此選擇合適的焊接工藝使焊縫金屬處于一個(gè)較高的溫度下，塑性金屬可以在較小的攪拌力作用下發(fā)生完全流動(dòng)，形成連續(xù)的塑性金屬流。因此，選用合適的攪拌頭軸肩與合適的下壓量，對(duì)焊縫成型有很大的影響。由于增加壓入量并沒有改變焊縫與被焊金屬之間的接觸面積，只是會(huì)增加少量的金屬阻礙攪拌頭的進(jìn)給，可能會(huì)引起焊接進(jìn)給力的增加，但對(duì)焊縫軸向受力影響不大。因此，在能夠保證焊縫質(zhì)量的情況下，選用更小的壓入量，能得到表面成型更好的焊縫。致 謝 本次畢業(yè)設(shè)計(jì)是在劉鴿平老師的悉心指導(dǎo)下完成的。在此我對(duì)劉劉鴿平老師表示最真誠(chéng)的謝意。從課題的選擇到項(xiàng)目的最終完成，劉老師都始終給予我細(xì)心的指導(dǎo)和不懈的支持。2） 使用過大軸肩直徑的攪拌頭焊接出的焊縫所受軸向力過大，焊縫外表面成型粗糙，會(huì)出現(xiàn)飛邊，毛刺等缺陷。觀察圖 210 不同壓入量的焊縫截面宏觀組織，并沒有發(fā)現(xiàn)“洋蔥環(huán)”形狀有明顯變化。這就表明壓入量對(duì)焊縫受力影響并不明顯。當(dāng)焊縫軸肩直徑很大時(shí)，焊縫與母材接觸面積大，產(chǎn)生的熱量多，擠壓力也大，但是軸肩摩擦的面積大，熱影響區(qū)也大了，因而金屬溫度過高粘度增大，同時(shí)鋁合金材料容易在焊縫軸肩表面粘連，改變了攪拌頭的形狀及尺寸，使焊縫表面不夠光滑，同時(shí)壓力增大，金屬溢出焊縫，產(chǎn)生飛邊，毛刺等缺陷。塑性金屬的流動(dòng)情況直接影響到焊接接頭的質(zhì)量。 對(duì)于這種現(xiàn)象，可以通過壓力對(duì)金屬流動(dòng)性的影響來解釋。觀察受力曲線，我們可以得到每條焊縫受力的平均值F。形成“洋蔥環(huán)”焊核的原因是熱塑性金屬在攪拌針的作用下被擠向底部，在底部受到擠壓又向焊縫表面方向流動(dòng)，當(dāng)熱塑性金屬快流動(dòng)表面時(shí)又受到軸肩的擠壓向下流動(dòng)而形成閉合的環(huán)狀。這一方面由于摩擦生熱使金屬表面軟化，強(qiáng)度降低，另一方面，由于軸肩對(duì)金屬表面的塑性擠壓作用，使得表面金屬部分流失，所以壓力值到達(dá)最高點(diǎn)開始下降。這個(gè)時(shí)候曲線達(dá)到最高點(diǎn)，然后有個(gè)下降的過程，這是由于停止下壓后金屬在攪拌頭旋轉(zhuǎn)的過程中漸漸軟化并產(chǎn)生塑性變形，軸向壓力漸漸降低。 (a) 軸肩直徑13mm (b) 軸肩直徑18mm圖27 3mm板厚，不同軸肩直徑所焊焊縫的表面成型圖28是實(shí)驗(yàn)代號(hào)31，32所焊出的焊縫受力曲線圖。 （a）軸肩直徑20mm （b）軸肩直徑24mm (c) 軸肩直徑26mm圖23 實(shí)驗(yàn)板厚8mm，不同軸肩直徑所焊焊縫的表面成型圖24 是實(shí)驗(yàn)代號(hào)81，82，83所焊出的焊縫軸向受力曲線圖。把待焊的鋁合金板材固定好，先調(diào)整焊縫的中心軸線與對(duì)接線在同一直線上，保證焊縫的行進(jìn)方向與兩片鋁合金板的縫隙平行，焊縫恰好壓在縫隙上邊，否則會(huì)影響到焊縫的焊接質(zhì)量。它的固溶熱處理溫度范圍很窄，處理溫度在490～503℃之間，若低于此溫度范圍，合金元素溶入量少，則降低了時(shí)效強(qiáng)化的效果；若超過此溫度范圍，則容易產(chǎn)生過燒現(xiàn)象[18]。2） 選定5mm板厚的鋁合金板，用同一攪拌頭改變不同的壓入量，其他參數(shù)不變，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，觀察壓入量對(duì)焊縫受力以及焊縫成型的影響。并對(duì)墊板焊縫處不同位置的5個(gè)點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量標(biāo)定，電子萬能實(shí)驗(yàn)機(jī)施加的標(biāo)準(zhǔn)壓力值與測(cè)力裝置顯示值如表 22 所示。 測(cè)力裝置的裝配與使用采用2臺(tái)NSTH12稱重傳感器作為測(cè)量設(shè)備，并把其設(shè)計(jì)裝配成可用于焊接實(shí)驗(yàn)的測(cè)力系統(tǒng)。滯后%≤177。根據(jù)以上要求選用2臺(tái)NSTH12稱重傳感器如圖 21 所示，使用鋼板將他們搭成焊接平臺(tái)，可以在上面進(jìn)行實(shí)際的攪拌摩擦焊工藝實(shí)驗(yàn)。國(guó)內(nèi)外對(duì)攪拌摩擦焊焊縫受力的研究，目前大多數(shù)都是通過數(shù)值模擬的方法，很少在實(shí)際過程中采集數(shù)據(jù)，本課題是設(shè)計(jì)測(cè)力裝置直接采集攪拌摩擦焊接過程中的實(shí)際數(shù)據(jù)，比較切合實(shí)際生產(chǎn)狀況，對(duì)提高焊縫質(zhì)量有很大的實(shí)際意義。隨著攪拌摩擦焊接技術(shù)的日益發(fā)展，越來越多的研究機(jī)構(gòu)與企業(yè)投身于研究攪拌摩擦焊焊機(jī)的設(shè)計(jì)與制造方面。研究發(fā)現(xiàn)，攪拌摩擦焊接過程中焊縫上應(yīng)力的最大值發(fā)生在焊縫前進(jìn)方向上焊縫與焊縫中心線接觸點(diǎn)的附近，且vonMises應(yīng)力的最大值隨焊縫平移速度的增加而增加。 在攪拌摩擦焊中，攪拌針與被焊板材之間的作用力通過產(chǎn)熱和塑性金屬流動(dòng)兩個(gè)方面影響著整個(gè)焊接過程。由于這些損耗無法精確測(cè)量，因此先測(cè)得空載時(shí)電機(jī)的輸入功率Pk，再測(cè)得電機(jī)負(fù)載時(shí)的功率Pf,那么電機(jī)對(duì)工作臺(tái)的輸出功率為：根據(jù)，可以求得圖2中的力F：式中：為水平工作臺(tái)的運(yùn)動(dòng)速度即焊接速度。通過在焊接過程中對(duì)驅(qū)動(dòng)水平工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)的電機(jī)的工作電流和工作電壓進(jìn)行測(cè)量，來計(jì)算焊接時(shí)攪拌針與被焊金屬之間的作用力。當(dāng)軸向壓力過大時(shí)，軸肩與焊件表面摩擦力增大，摩擦熱將使軸肩發(fā)生“粘頭”現(xiàn)象，使焊縫表面出現(xiàn)飛邊、毛刺等缺陷[7]。攪拌頭與工件有傾角，焊縫所受到的軸向力并不垂直于焊縫表面，由于攪拌頭傾角較小，本文忽略攪拌頭傾角的因素，把焊縫所受軸向力看作是垂直與焊縫表面的。同時(shí)，攪拌摩擦焊焊接速度與焊縫受力也有關(guān)。但轉(zhuǎn)速過高時(shí)，會(huì)使攪拌針周圍以及軸肩下面的材料溫度達(dá)到或超過熔點(diǎn)，無法形成固相連接。攪拌針長(zhǎng)度的選取與其直徑有關(guān)。試驗(yàn)結(jié)果表明，～，焊縫質(zhì)量較好。目前國(guó)內(nèi)外所研究出的攪拌頭形式主要有：柱形攪拌針、錐形螺紋攪拌針和三槽錐形螺紋攪拌針、偏心圓攪拌針和偏心圓螺紋攪拌、非對(duì)稱攪拌針、外開螺紋攪拌針、用于搭接的兩級(jí)攪拌針、可伸縮式攪拌針等[13]。圖14