【正文】 ..... 14 4 結(jié)論 ............................................................................................................................... 17 參考文獻(xiàn) ......................................................................................................................... 18 致 謝 ............................................................................................ 錯(cuò)誤 !未定義書(shū)簽。 南昌航空大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 1 1 前言 選題的依據(jù)和意義 鋁及鋁合金具有比重小、導(dǎo)電性好、耐蝕性強(qiáng)、散熱性能好、比強(qiáng)度高和易于進(jìn)行多種加工等特點(diǎn)，使其在各行業(yè)得到廣泛應(yīng)用。 與常規(guī)熔焊相比，攪拌摩擦焊屬固相焊接，焊縫區(qū)具有與母材一致的冶金組織，焊接過(guò)程中焊縫區(qū)的晶粒會(huì)得到細(xì)化，在某種程度上 很好的解決了鋁合金的焊接問(wèn)題。推廣鋁合金攪拌摩擦焊在重要工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用，必須針對(duì)其焊縫存在的缺陷特征采取有效的無(wú)損檢測(cè)方法，因而無(wú)損檢測(cè)已成為近年來(lái)國(guó)外推廣攪拌摩擦焊在重要工業(yè)領(lǐng)域中應(yīng)用的重點(diǎn)研究課題 [14]。 對(duì)于攪拌摩擦焊接頭中的缺陷，目前通常采用 X射線 、和超聲無(wú)損檢測(cè)以及金相觀察等方法進(jìn)行檢測(cè)。渦流電導(dǎo)率檢測(cè)作為近年來(lái)發(fā)展的無(wú)損檢測(cè)法，在檢測(cè)設(shè)備及操作上存在極大的便利，如果將其運(yùn)用于鋁合金攪拌摩擦焊焊縫質(zhì)量的評(píng)估上，將是對(duì)攪拌摩擦焊焊縫檢測(cè)的一個(gè)新的嘗試。 由于目前缺乏相應(yīng)的電導(dǎo)率 檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn) [7]，將電導(dǎo)率測(cè)量用于鋁合金質(zhì)量控制過(guò)程還需要大量的研究探索。 國(guó)內(nèi)外研究概況及發(fā)展趨勢(shì) 攪拌摩擦焊的簡(jiǎn)介 攪拌摩擦焊（ Friction Stir Welding 簡(jiǎn)稱(chēng) FSW）是英國(guó)焊接研究所（ The Welding Institute 簡(jiǎn)稱(chēng) TWI）于 1991 年發(fā)明的一種固相連接技術(shù)。攪拌摩擦焊優(yōu)于傳統(tǒng)的氬弧焊，它不僅能完成材料的對(duì)接、搭接、丁字接等多種接頭方式，而且還能用于高強(qiáng)鋁合金、鎂合金的焊接，提高了焊接接頭的力學(xué)性能，并且排除了熔焊缺陷產(chǎn)生的可能性 [815]。焊接后接頭形成 4 種不同的區(qū)域 [16]：焊核區(qū) (weld nugget)，熱機(jī)影響區(qū) (thermomechanically affected zone 簡(jiǎn) 稱(chēng) TMAZ)，熱影響區(qū) (heataffected zone簡(jiǎn)稱(chēng) HAZ)和軸肩影響區(qū) (shou1deraffected zone 簡(jiǎn)稱(chēng) SAZ)，如圖 12 所示。前進(jìn)邊 (advancing side 簡(jiǎn)彌為 AS)為攪拌頭旋轉(zhuǎn)方向與攪拌頭前進(jìn)方向一致的側(cè)面，回撤邊 (retreating side 簡(jiǎn)稱(chēng)為 RS)為攪拌頭旋轉(zhuǎn)方向與攪拌頭行進(jìn)方向 相反的側(cè)面。（ 2）缺陷取向復(fù)雜，南昌航空大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 3 缺陷取向隨著焊縫區(qū)與母材連接界面在攪拌過(guò)程中形成的流線生成和發(fā)展；（ 3）缺陷緊貼、細(xì)微，具有明顯的面積取向 [17]。 攪拌摩擦焊接頭的缺陷類(lèi)型 近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外科研機(jī)構(gòu)、高等院校對(duì) FSW工藝和接頭組織性能進(jìn)行了大量研究，從其研究結(jié)果來(lái)看，攪拌摩擦焊接頭中出現(xiàn)的缺陷主要以下幾種 [18]：（ 1）孔洞。通常由于壓力過(guò)大而導(dǎo)致較多的塑性材料從軸肩兩側(cè)擠出形成的缺陷；（ 3）未焊合。攪拌頭在對(duì)接表面機(jī)械攪動(dòng)后未形成連接的一種嚴(yán)重缺陷；（ 5）其他缺陷。 當(dāng)載有交變電流的檢測(cè)線圈靠近有缺陷的金屬構(gòu)件時(shí)，由于線圈磁場(chǎng)的作用，構(gòu)件中會(huì)感生出渦流，其大小、相位及流動(dòng)形式受到構(gòu)件性能 (如存在 電導(dǎo)率變化、裂紋 )的影響；而交變的渦流又會(huì)產(chǎn)生反作用磁場(chǎng)，使得檢測(cè)線圈的阻抗和電流發(fā)生變化 [19]。電導(dǎo)率由金屬中的自由電子在正離子晶格點(diǎn)陣中的運(yùn)動(dòng)狀況決定，其大小取決于金屬晶格點(diǎn)陣中散射電子的能力及散射源的密度 [20， 21]。不同組織狀態(tài)對(duì)電子散射作用不同，特別是組織中的固溶體有序化后，晶體中的離子勢(shì)場(chǎng)呈對(duì)稱(chēng)分布，電子散射率會(huì)大為降低，電導(dǎo)率明顯上升 [7]。 電導(dǎo)率是材料的重要物理性能之一，在其生產(chǎn)和研究中，經(jīng)常需要測(cè)試電導(dǎo)率。渦流測(cè)試方法是無(wú)損檢測(cè)鋁合金電導(dǎo)率的基本方法。因此可知，渦流電導(dǎo)率檢測(cè)法通過(guò)電磁感應(yīng)的原理，將電導(dǎo)率數(shù)值化地表現(xiàn)出來(lái)，從而間接地判定材料是否存在焊接缺陷，具有操作方便、高效、準(zhǔn)確等優(yōu)點(diǎn)，對(duì)材料不會(huì)造成任何損傷，所以在對(duì)攪拌摩擦焊焊接接頭的檢測(cè)中具有特殊的優(yōu)越性。測(cè)量鋁合金電導(dǎo)率時(shí)，每個(gè)對(duì)應(yīng)的滲透頻率都對(duì)應(yīng)著一個(gè)有效滲透深度。同樣，當(dāng)檢測(cè)線圈置于寬度小于線圈渦流場(chǎng)作用范圍的窄條材料或零件表面時(shí)，受邊緣效應(yīng)的影響，渦流場(chǎng)的分布也會(huì)發(fā)生畸變，出現(xiàn)儀器顯示值與真實(shí)電導(dǎo)率不符的情況 [23]。 劉松平等人 [17]研究 X射線和超 聲檢測(cè)對(duì) FSW 缺陷的檢測(cè)能力和可檢測(cè)性，并采取光學(xué)觀察對(duì)無(wú)損檢測(cè)結(jié)果和缺陷判別方法進(jìn)行了驗(yàn)證和對(duì)比分析。通過(guò)計(jì)算分析超聲波在焊縫區(qū)的聲波入射角、缺陷取向和缺陷緊貼性對(duì)聲波發(fā)射影響，確定入射聲波的角度變化范圍，通過(guò)改變?nèi)肷浣谦@取入射聲波在缺陷處的最佳聲學(xué)發(fā)射方向，提高了入射聲波對(duì)不同取向缺陷的檢出能力。王訓(xùn)宏等人 [25]采用超聲 C 掃描成像方法得到了 1060 鋁合金的攪拌摩擦焊接頭界面掃描圖像，在焊接參數(shù)不合適時(shí)，發(fā)現(xiàn)在厚度方向越攪拌針底部區(qū)域，接頭的焊合率越低。 JENTEK Sensors公司 [26]的開(kāi)發(fā)出了一種特殊形式的渦流陣列探頭 — MWM陣列探頭，利用該探頭可以對(duì)焊縫近表面各點(diǎn)電導(dǎo)率進(jìn)行測(cè)量以形成焊縫表面電導(dǎo)率分布圖，并利用材料電導(dǎo)率與焊縫微觀組織的關(guān)系進(jìn)行焊縫缺陷探測(cè)及質(zhì)量評(píng)估 。因?yàn)槲春竿溉毕輩^(qū)域近表面層的電導(dǎo)率變化同其冶金學(xué)特征有著緊密的聯(lián)系， Neil Goldfine等人利用 MWM陣列探頭對(duì)鋁合金 FSW焊縫背部的近表面電導(dǎo)率數(shù)據(jù)進(jìn)行了采集，對(duì)焊縫根部近表面電導(dǎo)率分布圖進(jìn)行了分析，初步歸納了同種材料及異種材料 FSW焊縫在質(zhì)量情況良好、有未焊透缺陷時(shí)的焊縫電導(dǎo)率分布特征，如圖 13所示。無(wú)缺陷的異種鋁合金 FSW焊根近表面電導(dǎo)率分布不像同種材料焊縫那樣具有對(duì)稱(chēng)分布的特征，焊縫兩邊的母材的電導(dǎo)率總會(huì)有高低差別，在焊縫寬度范圍內(nèi)，電導(dǎo)率從高電導(dǎo)率材料一邊開(kāi)始較快的下降直至進(jìn)入電導(dǎo)率相對(duì)較低的 DXZ區(qū)域范圍，在 DXZ區(qū)域范圍的被其兩邊的兩個(gè)微小的電導(dǎo)率峰值所限制，這兩個(gè)微小的電導(dǎo)率尖峰意味著焊縫從 TMZ過(guò)渡到了熱影響區(qū)；對(duì)于帶有平面型缺陷的焊縫，其電導(dǎo)率的下降過(guò)程變得十南昌航空大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 6 分陡急，并且伴隨著 DXZ對(duì)應(yīng)的低電導(dǎo)率區(qū)域?qū)挾鹊臏p小。不同激勵(lì)頻率可以獲得不同深度電導(dǎo)率，所以利用多頻覆膜層表征算法可以對(duì)近表面區(qū)域未焊透區(qū)域的深度進(jìn)行測(cè)量。 綜上所述，對(duì)于攪拌摩擦焊縫的無(wú)損檢測(cè)目前缺乏統(tǒng)一的檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)，其檢測(cè)方法的選用尚處于探索階段。 課題研究?jī)?nèi)容 本課題主要研究攪拌摩擦焊背面未焊透引起的焊縫電導(dǎo)率分布的變化。 2 試驗(yàn)條件及試驗(yàn)方法 試驗(yàn)選用 LY12 鋁合金為試驗(yàn)材料，化學(xué)成分符合 GB319082 得標(biāo)準(zhǔn)要求，其成分組成如表 21 所示。不同熱處理狀態(tài) LY12 鋁合金的電導(dǎo)率如表 32 所示。此焊機(jī)的焊接速度可在 ～ 1180mm/min 范圍內(nèi)調(diào)節(jié)，攪拌頭旋轉(zhuǎn)速度可在 ～ 1500r/min 范圍內(nèi)調(diào)節(jié)，攪拌頭的傾斜角度可任意調(diào)節(jié)。由于在攪拌摩擦焊過(guò)程中，攪拌頭對(duì)工件有強(qiáng)烈的攪拌擠壓作用，因此對(duì)工件的裝夾要求較高，墊板表面必須平整，且具有較高的剛度；壓板上相鄰的螺栓緊固點(diǎn)距離不能太大，以免在安裝夾緊時(shí)不能壓緊試樣。 電導(dǎo)率測(cè)量所用 設(shè)備為 Hocking NDT 公司生產(chǎn)的 Autosigma 3000DL 電導(dǎo)率測(cè)量?jī)x，滲透頻率 60KHz，檢測(cè)探頭根據(jù)檢測(cè)面為平面選用耦合性很高的平探頭，直徑。 檢測(cè)試樣的制備 攪拌摩擦焊接試樣時(shí)選用正螺紋型的 3mm 長(zhǎng)攪拌針的攪拌頭進(jìn)行攪拌摩擦焊接試驗(yàn)，攪拌頭的傾斜角度α為 2176。 選用同種狀態(tài) LY12 鋁合金板攪拌摩擦焊進(jìn)行對(duì)接，制備背面具有未焊透試樣，將焊縫背面沿長(zhǎng)度方向分成若干等寬度用銑床銑成階梯面，用以制備不同未焊透深度焊縫試樣，如圖 21所示 。將焊好的試樣 打磨保持表面光滑 。 南昌航空大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）