鋁合金攪拌摩擦焊焊縫受力與焊縫成型的關(guān)系(參考版)
2025-05-19 08:14本頁面
【正文】 在此我對劉劉鴿平老師表示最真誠的謝意。從課題的選擇到項目的最終完成，劉老師都始終給予我細心的指導和不懈的支持。致 謝 本次畢業(yè)設(shè)計是在劉鴿平老師的悉心指導下完成的。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，會出現(xiàn)飛邊，毛刺等缺陷。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。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。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，只是會增加少量的金屬阻礙攪拌頭的進給，可能會引起焊接進給力的增加，但對焊縫軸向受力影響不大。這就表明壓入量對焊縫受力影響并不明顯。因此，選用合適的攪拌頭軸肩與合適的下壓量，對焊縫成型有很大的影響。當焊縫軸肩直徑很大時，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，同時壓力增大，金屬溢出焊縫，產(chǎn)生飛邊，毛刺等缺陷。由于鋁合金的臨界剪切力隨著溫度的升高會有所下降，因此選擇合適的焊接工藝使焊縫金屬處于一個較高的溫度下，塑性金屬可以在較小的攪拌力作用下發(fā)生完全流動，形成連續(xù)的塑性金屬流。塑性金屬的流動情況直接影響到焊接接頭的質(zhì)量。焊接時，熱塑性金屬在攪拌頭的旋轉(zhuǎn)過程中受到摩擦力的作用。 對于這種現(xiàn)象，可以通過壓力對金屬流動性的影響來解釋。我們可以看出，盡管軸肩尺寸相差較大，但是壓強差別不大，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。觀察受力曲線，我們可以得到每條焊縫受力的平均值F。 1） 軸肩直徑對焊縫質(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。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，當熱塑性金屬快流動表面時又受到軸肩的擠壓向下流動而形成閉合的環(huán)狀。壓力會快速下降，這也說明焊接過程中軸向壓力的產(chǎn)生是一個動態(tài)過程，是通過焊接的不斷進給來維持的。這一方面由于摩擦生熱使金屬表面軟化，強度降低，另一方面，由于軸肩對金屬表面的塑性擠壓作用，使得表面金屬部分流失，所以壓力值到達最高點開始下降。焊接結(jié)束時停止進給但不退出焊縫，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。這個時候曲線達到最高點，然后有個下降的過程，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） (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個區(qū)域，分別取樣本做成宏觀金相，標號為（1），（2），（3），（4），通過16倍顯微鏡觀察的結(jié)果如圖210所示。 (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是實驗代號31，32所焊出的焊縫受力曲線圖。 (a) (b) 圖25 5mm板厚，不同軸肩直徑所焊焊縫的表面成型圖26 是實驗代號51，52，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 實驗板厚8mm，不同軸肩直徑所焊焊縫的表面成型圖24 是實驗代號81，82，83所焊出的焊縫軸向受力曲線圖。實驗結(jié)束后對焊縫外表面成型進行拍照記錄，截取部分焊縫作為宏觀金相樣本，經(jīng)打磨拋光后在16倍顯微鏡下觀察宏觀組織，并拍照記錄。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接線在同一直線上，保證焊縫的行進方向與兩片鋁合金板的縫隙平行，焊縫恰好壓在縫隙上邊，否則會影響到焊縫的焊接質(zhì)量。表24 LY12鋁合金的化學成分Cu Mg Mn Fe SiZnNiTi Fe+Si其它 Al ≤ 余量 表25 LY12鋁合金力學性能σb/MPaδ/%HBS47017105施焊前，將測量儀表連接好并調(diào)節(jié)好參數(shù)，確保儀表與PC機連接正常并能記錄數(shù)據(jù)。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，則降低了時效強化的效果；若超過此溫度范圍，則容易產(chǎn)生過燒現(xiàn)象[18]。表23 試驗參數(shù)試樣標號實驗代號板厚（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實驗材料選用LY12鋁合金。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，進行實驗，觀察壓入量對焊縫受力以及焊縫成型的影響。假設(shè)每個點的平均誤差從點1到點5分別表示為Ｗ1 、ＷＷＷＷ5，則總平均誤差Ｗ總=（Ｗ1 +Ｗ2+Ｗ3+Ｗ4+W5）/5 =（%+%+%+%+%）/5=%。并對墊板焊縫處不同位置的5個點進行測量標定，電子萬能實驗機施加的標準壓力值與測力裝置顯示值如表 22 所示。
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