【文章內(nèi)容簡介】 onMises應(yīng)力的最大值隨焊縫平移速度的增加而增加。攪拌頭前方焊縫的接觸壓力較大，后方接觸壓力較小，后退側(cè)的接觸力較前進(jìn)側(cè)大。攪拌頭的不停旋轉(zhuǎn)決定攪拌頭受到交變載荷作用，導(dǎo)致疲勞成為攪拌頭破壞的原因之一。焊縫中心線附近的等效塑性應(yīng)變和結(jié)構(gòu)紋理呈現(xiàn)洋蔥狀結(jié)構(gòu)。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)投身與研究攪拌摩擦焊焊機(jī)的設(shè)計(jì)與制造方面。由于設(shè)計(jì)焊機(jī)經(jīng)常會(huì)涉及到機(jī)器受力的問題，如果不知道焊接時(shí)焊機(jī)的具體受力情況，很難進(jìn)行選材與設(shè)計(jì)，焊機(jī)強(qiáng)度和剛度設(shè)計(jì)指標(biāo)低會(huì)影響機(jī)床使用壽命，甚至不能用于生產(chǎn)，反之，浪費(fèi)材料，能源，經(jīng)濟(jì)效益差。因此，測量焊縫受力的情況也是設(shè)計(jì)攪拌摩擦焊機(jī)的一個(gè)很重要的環(huán)節(jié)。同樣，攪拌摩擦焊焊縫受力是影響焊縫成型的一個(gè)重要因素，對焊縫受力進(jìn)行精確測量，并研究其與焊縫成型的關(guān)系，是提高攪拌摩擦焊焊接質(zhì)量的一個(gè)重要手段。國內(nèi)外對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，對提高焊縫質(zhì)量有很大的實(shí)際意義。2 測量軸向力裝置的設(shè)計(jì)及工藝試驗(yàn) 測力裝置的設(shè)計(jì) 測量儀器的選擇 選用的測量儀器必須滿足以下要求。首先，為了模擬實(shí)際的焊接狀況，測量儀器必須在焊縫的任何一個(gè)位置都能測量出其受力情況，數(shù)據(jù)在焊縫任何位置都必須準(zhǔn)確。其次，儀器能時(shí)時(shí)測量并有數(shù)據(jù)輸出，并能直觀的反映出來。根據(jù)以上要求選用2臺NSTH12稱重傳感器如圖 21 所示，使用鋼板將他們搭成焊接平臺，可以在上面進(jìn)行實(shí)際的攪拌摩擦焊工藝實(shí)驗(yàn)。%，并且有數(shù)據(jù)輸出，可以通過電腦時(shí)時(shí)觀察焊縫受力的曲線圖，還能生成圖表，滿足實(shí)驗(yàn)要求。表 21 所示為NSTH12稱重傳感器的各項(xiàng)指標(biāo)。圖21 NSTH12稱重傳感器表21 NSTH12稱重傳感器主要技術(shù)指標(biāo)技術(shù)參數(shù)單位技術(shù)指標(biāo)額定載荷t130額定輸出mV/V綜合精度%,非線性%≤177。滯后%≤177。重復(fù)性%≤177。零點(diǎn)輸出%177。1零點(diǎn)溫度系數(shù)%℃≤工作溫度范圍℃20~65絕緣電阻MΩ≥5000供橋電壓VDC10允許過載%150備注可設(shè)計(jì)成12V或24V供電，0～5V或4～20mA信號輸出2臺NSTH12稱重傳感器，其中每臺的測量范圍是5T，整個(gè)測量裝置的測量范圍是10T，約為100KN。 測力裝置的裝配與使用采用2臺NSTH12稱重傳感器作為測量設(shè)備，并把其設(shè)計(jì)裝配成可用于焊接實(shí)驗(yàn)的測力系統(tǒng)。裝配結(jié)果如圖 22 所示。根據(jù)使用說明書將傳感器與其附帶的電子儀表和PC機(jī)連接，設(shè)定好量程，小數(shù)點(diǎn)以及輸出頻率等參數(shù)，確保傳感器工作正常。圖22 測力裝置圖 測力裝置的標(biāo)定 使用WDW50型微機(jī)控制電子萬能實(shí)驗(yàn)機(jī)進(jìn)行標(biāo)定，實(shí)驗(yàn)機(jī)最大載荷為50KN，級別為1。并對墊板焊縫處不同位置的5個(gè)點(diǎn)進(jìn)行測量標(biāo)定，電子萬能實(shí)驗(yàn)機(jī)施加的標(biāo)準(zhǔn)壓力值與測力裝置顯示值如表 22 所示。表22 電子萬能實(shí)驗(yàn)機(jī)施加的標(biāo)準(zhǔn)壓力值與測力裝置顯示值標(biāo)準(zhǔn)壓力值點(diǎn)1點(diǎn)2點(diǎn)3點(diǎn)4點(diǎn)55（KN）（KN）（KN）（KN）（KN）（KN）10（KN）（KN）（KN）（KN）（KN）（KN）15（KN）（KN）（KN）（KN）（KN）（KN）20（KN）（KN）（KN）（KN）（KN）（KN）25（KN）（KN）（KN）（KN）（KN）（KN）每個(gè)點(diǎn)的誤差=（平均偏差/滿量程）100%點(diǎn)與點(diǎn)之間的最大相對誤差=（最大偏差/滿量程）100%=%，傳感器的偏載能力可以達(dá)到實(shí)驗(yàn)要求。假設(shè)每個(gè)點(diǎn)的平均誤差從點(diǎn)1到點(diǎn)5分別表示為Ｗ1 、ＷＷＷＷ5，則總平均誤差Ｗ總=（Ｗ1 +Ｗ2+Ｗ3+Ｗ4+W5）/5 =（%+%+%+%+%）/5=%。 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容本課題是研究攪拌摩擦焊焊縫受力與焊縫成型的關(guān)系，通過以下的實(shí)驗(yàn)方法來觀察焊縫受力及焊縫成型的情況：1） 使用相同板厚的材料，改變焊縫軸肩直徑，其他焊接參數(shù)不變，觀察焊縫軸肩直徑對焊縫受力的影響，分別選用3種不同板厚的材料及采用相應(yīng)的焊縫做3組同樣的實(shí)驗(yàn)，觀察焊縫成型狀況。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)，觀察壓入量對焊縫受力以及焊縫成型的影響。 具體實(shí)驗(yàn)參數(shù)如表23所示。表23 試驗(yàn)參數(shù)試樣標(biāo)號實(shí)驗(yàn)代號板厚（mm）攪拌針直徑(mm)攪拌針長度(mm)軸肩直徑(mm)焊縫轉(zhuǎn)速（n/min）焊接速度(mm/min)壓入量（mm）81818M8207506082828M8247506083838M8267506051515M59506052525M59506053535M5169506031313M5139506032323M5189506033333M512950605A5A5M5950605B5B5M5950605C5C5M5950605D5D5M595060實(shí)驗(yàn)材料選用LY12鋁合金。LY12是一種可通過固溶熱處理后再進(jìn)行時(shí)效處理強(qiáng)化的硬鋁合金。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]。其化學(xué)成分如表 24 所示，力學(xué)性能如表 25 所示，用自制的高溫合金焊縫和焊接夾具，在用X53K型立式銑床改裝的攪拌摩擦焊機(jī)上進(jìn)行焊接，焊縫傾角統(tǒng)一使用2176。表24 LY12鋁合金的化學(xué)成分Cu Mg Mn Fe SiZnNiTi Fe+Si其它 Al ≤ 余量 表25 LY12鋁合金力學(xué)性能σb/MPaδ/%HBS47017105施焊