【正文】 ............................................................................................................................ 17 參考文獻 ......................................................................................................................... 18 致 謝 .............................................................................................. 錯誤 !未定義書簽。 南昌航空大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（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、散熱性能好、比強度高和易于進行多種加工等特點，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，焊接過程中焊縫區(qū)的晶粒會得到細化，在某種程度上很好的解決了鋁合金的焊接問題。推廣鋁合金攪拌摩擦焊在重要工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用，必須針對其焊縫存在的缺陷特征采取有效的無損檢測方法，因而無損檢測已成為近年來國外推廣攪拌摩擦焊在重要工業(yè)領(lǐng)域中應(yīng)用的重點研究課題 [14]。 對于攪拌摩擦焊接頭中的缺陷，目前通常采用 X射線、和超聲無損檢測以及金相觀察等方法進行檢測。渦流電導(dǎo)率檢測作為近年來發(fā)展的無損檢測法，在檢測設(shè)備及操作上存在極大的便利，如果將其運用于鋁合金攪拌摩擦焊焊縫質(zhì)量的評估上，將是對攪拌摩擦焊焊縫檢測的一個新的嘗試。 由于目前缺乏相應(yīng)的電導(dǎo)率檢測標準 [7]，將電導(dǎo)率測量用于鋁合金質(zhì)量控制過程還需要大量的研究探索。 國內(nèi)外研究概況及發(fā)展趨勢 攪拌摩擦焊的簡介 攪拌摩擦焊（ Friction Stir Welding 簡稱 FSW）是英國焊接研究所（ The Welding Institute簡稱 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接、搭接、丁字接等多種接頭方式，而且還能用于高強鋁合金、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)，熱機影響區(qū) (thermomechanically affected zone 簡 稱 TMAZ)，熱影響區(qū) (heataffected zone簡稱 HAZ)和軸肩影響區(qū) (shou1deraffected zone 簡稱 SAZ)，如圖 12 所示。前進邊 (advancing side 簡彌為 AS)為攪拌頭旋轉(zhuǎn)方向與攪拌頭前進方向一致的側(cè)面，回撤邊 (retreating side 簡稱為 RS)為攪拌頭旋轉(zhuǎn)方向與攪拌頭行進方向相反的側(cè)面。（ 2）缺陷取向復(fù)雜，南昌航空大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 3 缺陷取向隨著焊縫區(qū)與母材連接界面在攪拌過程中形成的流線生成 和發(fā)展；（ 3）缺陷緊貼、細微，具有明顯的面積取向 [17]。 攪拌摩擦焊接頭的缺陷類型 近年來，國內(nèi)外科研機構(gòu)、高等院校對 FSW 工藝和接頭組織性能進行了大量研究，從其研究結(jié)果來看，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。攪拌頭在對接表面機械攪動后未形成連接的一種嚴重缺陷；（ 5）其他缺陷。 當載有交變電流的檢測線圈靠近有缺陷的金屬構(gòu)件時，由于線圈磁場的作用，構(gòu)件中會感 生出渦流，其大小、相位及流動形式受到構(gòu)件性能 (如存在電導(dǎo)率變化、裂紋 )的影響；而交變的渦流又會產(chǎn)生反作用磁場，使得檢測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陣中的運動狀況決定，其大小取決于金屬晶格點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，晶體中的離子勢場呈對稱分 布，電子散射率會大為降低，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)常需要測試電導(dǎo)率。渦流測試方法是無損檢測鋁合金電導(dǎo)率的基本方法。因此可知，渦流電導(dǎo)率檢測法通過電磁感應(yīng)的原理，將電導(dǎo)率數(shù)值化地表現(xiàn)出來，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、準確等優(yōu)點，對材料不會造成任何損傷，所以在對攪拌摩擦焊焊接接頭的檢測中具有特殊的優(yōu)越性。測量鋁合金電導(dǎo)率時，每個對應(yīng)的滲透頻率都對應(yīng)著一個 有效滲透深度。同樣，當檢測線圈置于寬度小于線圈渦流場作用范圍的窄條材料或零件表面時，受邊緣效應(yīng)的影響，渦流場的分布也會發(fā)生畸變，出現(xiàn)儀器顯示值與真實電導(dǎo)率不符的情況 [23]。 劉松平等人 [17]研究 X射線和超聲檢測對 FSW缺陷的檢測能力和可檢測性，并采取光學(xué)觀察對無損檢測結(jié)果和缺陷判別方法進行了驗證和對比分析。通過計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聲波發(fā)射影響，確定入射聲波的角度變化范圍，通過改變?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，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，利用該探頭可以對焊縫近表面各點電導(dǎo)率進行測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)系進行焊縫缺陷探測及質(zhì)量評估。因為未焊透缺陷區(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陣列探頭對鋁合金 FSW焊縫背部的近表面電導(dǎo)率數(shù)據(jù)進行了采集，對焊縫根部近表面電導(dǎo)率分布圖進行了分析，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、有未焊透缺陷時的焊縫電導(dǎo)率分布特征，如圖 13所示。無缺陷的異種鋁合金 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稱分布的特征，焊縫兩邊的母材的電導(dǎo)率總會有高低差別，在焊縫寬度范圍內(nèi)，電導(dǎo)率從高電導(dǎo)率材料一邊開始較快的下降直至進入電導(dǎo)率相對較低的 DXZ區(qū)域范圍，在 DXZ區(qū)域范圍的被其兩邊的兩個微小的電導(dǎo) 率峰值所限制，這兩個微小的電導(dǎo)率尖峰意味著焊縫從 TMZ過渡到了熱影響區(qū)；對于帶有平面型缺陷的焊縫，其電導(dǎo)率的下降過程變得十南昌航空大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 6 分陡急，并且伴隨著 DXZ對應(yīng)的低電導(dǎo)率區(qū)域?qū)挾鹊臏p小。不同激勵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近表面區(qū)域未焊透區(qū)域的深度進行測量。 綜上所述，對于攪拌摩擦焊縫的無損檢測目前缺乏統(tǒng)一的檢測標準，其檢測方法的選用尚處于探索階段。 課題研究內(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 試驗條件及試驗方法 試驗選用 LY12 鋁合金為試驗材料，化學(xué)成分符合 GB319082 得標準要求，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程中，攪拌頭對工件有強烈的攪拌擠壓作用，因此對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距離不能太大，以免在安裝夾緊時不能壓緊試樣。 電導(dǎo)率測量所用設(shè)備為 Hocking NDT 公司生產(chǎn)的 Autosigma 3000DL 電導(dǎo)率測量儀，滲透頻率 60KHz，檢測探頭根據(jù)檢測面為平面選用耦合性很高的平探頭，直徑。 檢測試樣的制備 攪拌摩擦焊接試樣時選用正螺紋型的 3mm 長攪拌針的攪拌頭進行攪拌摩擦焊接試驗，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行對接，制備背面具有未焊透試樣，將焊縫背面沿長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（論文） 8 圖