【正文】 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。 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)。零點(diǎn)輸出%177。滯后%≤177。表 21 所示為NSTH12稱重傳感器的各項(xiàng)指標(biāo)。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)。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。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。因此，測量焊縫受力的情況也是設(shè)計(jì)攪拌摩擦焊機(jī)的一個很重要的環(huán)節(jié)。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。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。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。同樣，對于攪拌摩擦焊焊縫所受的軸向力，國內(nèi)也有相關(guān)的研究。 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)熱和塑性金屬流動兩個方面影響著整個焊接過程。在這種情況下，焊接過程中金屬對攪拌針的阻力較大，從而導(dǎo)致工作臺相對運(yùn)動所需要的力也比較大。由于這些損耗無法精確測量，因此先測得空載時電機(jī)的輸入功率Pk，再測得電機(jī)負(fù)載時的功率Pf,那么電機(jī)對工作臺的輸出功率為：根據(jù)，可以求得圖2中的力F：式中：為水平工作臺的運(yùn)動速度即焊接速度。這部分能量要經(jīng)過電機(jī)、減速器以及絲杠，最終傳遞到工作臺。通過在焊接過程中對驅(qū)動水平工作臺運(yùn)動的電機(jī)的工作電流和工作電壓進(jìn)行測量，來計(jì)算焊接時攪拌針與被焊金屬之間的作用力。試驗(yàn)中所使用的是自行研制的攪拌摩擦焊機(jī)。當(dāng)軸向壓力過大時，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]。圖15 攪拌摩擦焊焊縫受力分析攪拌頭與被焊工件表面之間的接觸狀態(tài)對焊縫的成形也有較大的影響，目前在攪拌摩擦焊中軸向力是攪拌針及軸肩與工件接觸而形成的。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。4） 焊縫受力攪拌摩擦焊與普通電弧焊的焊縫受力有很多不同之處。同時，攪拌摩擦焊焊接速度與焊縫受力也有關(guān)。當(dāng)焊接速度過小時，攪拌頭所產(chǎn)生的熱量使焊接溫度過高，焊核區(qū)金屬溫度將接近金屬熔點(diǎn)，會使金屬因過熱而出現(xiàn)疏松，同時焊縫表面將凹凸不平。但轉(zhuǎn)速過高時，會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。2) 攪拌頭旋轉(zhuǎn)速度攪拌頭轉(zhuǎn)速是影響摩擦攪拌焊熱源的主要因素之一，由此可知，當(dāng)攪拌頭的旋轉(zhuǎn)速度較低時，摩擦熱不夠，不足以形成熱塑性流動層，其結(jié)果是不能實(shí)現(xiàn)固相連接，在焊縫中形成了孔洞。攪拌針長度的選取與其直徑有關(guān)。攪拌針的長度與焊縫的背面成形有關(guān)。試驗(yàn)結(jié)果表明，～，焊縫質(zhì)量較好。攪拌針的材料通常采用合金工具鋼。目前國內(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、非對稱攪拌針、外開螺紋攪拌針、用于搭接的兩級攪拌針、可伸縮式攪拌針等[13]。攪拌頭主要由軸肩和攪拌針兩部分構(gòu)成，其幾何形貌和尺寸不僅決定著焊接過程的熱輸入方式，還影響焊接過程中攪拌頭附近塑性軟化材料的流動形式，對于給定板厚的材料來說，焊接質(zhì)量和效率主要取決于攪拌頭的形貌和幾何設(shè)計(jì)。圖14 攪拌摩擦焊過程中金屬動態(tài)軟化示意圖 影響攪拌摩擦焊的因素1) 攪拌頭的材料尺寸與形狀攪拌摩擦焊中所使用的攪拌頭主要由兩部分組成：軸肩和攪拌針。如圖14所示，由于金屬分別處于不同位置，所以受到的熱的影響和變形情況不同，從而在物理性質(zhì)以及力學(xué)性能上都會發(fā)生不同的變化。當(dāng)攪拌針插入待焊件，軸肩與待焊件相接觸后，兩者之間發(fā)生摩擦產(chǎn)生熱量。經(jīng)過一周或數(shù)周的旋轉(zhuǎn)，這些材料脫落下來形成焊縫的跡線；(2)來自于攪拌針后退側(cè)材料的擠出過程，擠出的材料填充進(jìn)前進(jìn)側(cè)材料脫落后所留下的空腔。這兩點(diǎn)對于保證材料發(fā)生充分的動態(tài)軟化非常關(guān)鍵，這直接影響接頭的性能[14]。該過程宏觀表現(xiàn)是材料的變形抗力減小。對于時效強(qiáng)化或加工硬化的合金，從焊接區(qū)傳導(dǎo)來的熱量使熱影響區(qū)過時效或位錯密度下降，使焊后接頭熱影響區(qū)的硬度下降。就鋁合金而言，再結(jié)晶區(qū)域和TMAZ之間通常有明顯的界限，但在其它沒有熱致相變的材料中，如在純鈦、β鈦合金、奧氏體不銹鋼和銅中，似乎TMAZ整體已再結(jié)晶化，產(chǎn)生了無應(yīng)變再結(jié)晶，這可能使HAZ/TMAZ的邊界難以精確劃分；D區(qū)為焊核(dynamically recrystallized zone，簡稱DXZ)，焊核是最接近軸肩的區(qū)域，組織結(jié)構(gòu)通常有較大的變化 [1113]。 焊核的外貌取決于攪拌針的形狀、焊接參數(shù)和被焊材料的強(qiáng)度。從圖中可以看出，焊核位于焊縫中心，內(nèi)部組織是清晰的洋蔥狀，由一系列的橢圓組成，焊核可以看得很清楚(但在有些合金中不一定很清楚或根本看不到)。 攪拌摩擦焊由于其焊接原理的限制，存在一些缺陷，主要是：①被焊接工件必須在墊板上牢固夾緊，以防止被焊穿及在焊接過程中工件松動；② 攪拌針退出會在焊縫末段留下一個小孔，在大多數(shù)情況下，只能用其它焊接方法填充；③焊接工件沒有足夠的強(qiáng)度和剛度 ，或通過夾具不能提高焊縫區(qū)的剛度或強(qiáng)度的承載能力，則不適合采用攪拌摩擦焊[5]。4） 適用范圍廣 由于攪拌摩擦焊沒有熔化焊所形成的裂紋，如液化裂紋或結(jié)晶裂紋，因此，可以焊接熱裂紋敏感的材料；通過對擠壓型材進(jìn)行焊接，可制成大型結(jié)構(gòu)，如船板、框架、平臺等；攪拌摩擦焊能實(shí)現(xiàn)不同材料的焊接，如鋁和銀的連接。并且在焊前和焊接過程中對環(huán)境的污染小，焊前工件無須進(jìn)行嚴(yán)格的表面清理準(zhǔn)備，焊接過程中的摩擦和攪拌可以去除焊件表面的氧化膜，焊接過程中也無煙塵和飛濺。同時，由于不存在熔焊過程中接頭部位大范圍的熱塑性變形過程，焊后接頭的內(nèi)應(yīng)力小、變形小，基本可實(shí)現(xiàn)板件的低應(yīng)力低變形焊接。由于攪拌摩擦焊是一種固相焊接方法，在焊接鋁合金時不會產(chǎn)生與熔化焊有關(guān)的焊接缺陷，也不會降低焊接接頭的性能，而且，焊縫金屬的晶粒結(jié)構(gòu)比母材金屬的更細(xì)小，焊縫金屬的強(qiáng)度超過熱影響區(qū)金屬的強(qiáng)度，沒有焊縫金屬蒸發(fā)產(chǎn)生的合金元屬損失，不改變合金的成分，因此接頭的力學(xué)性能好。 攪拌摩擦焊接的特點(diǎn)1） 能保持母材的冶金性能，焊接接頭力學(xué)性能好鋁合金具有密度