不锈钢搅拌摩擦焊工艺与搅拌头研究

【摘要】： 搅拌摩擦焊是一种固相连接技术，由于其焊接特点的独特性和优越性，这种新型的焊接技术自问世以来，就受到各界的广泛关注，各种材料的搅拌摩擦焊焊接性能研究已经成为这种焊接方法研究的一个重点。到目前为止，对搅拌摩擦焊的研究已经从铝合金的焊接向其他材料的焊接如铜、钛、镁和不锈钢等方面发展。本课题是在铝合金搅拌摩擦焊工艺研究的基础上，初步探讨不锈钢搅拌摩擦焊焊接工艺，研究选用与之相对应的搅拌摩擦头材料和几何形状，并进一步探讨不锈钢搅拌摩擦焊摩擦头的磨损与失效。 采用搅拌摩擦焊工艺对3mm厚0Cr18Ni9不锈钢板进行了对接焊接。焊接接头内形成了焊核区、热力影响区和热影响区三个区域。焊核区由动态再结晶组织构成；热力影响区内的组织发生了不同程度的变形；热影响区由不完全再结晶组织构成。焊核区发生了明显的加工硬化现象，其显微硬度(HV)与母材相比提高了22％。在搅拌头旋转速度600r／min、焊接速度70mm／min下，接头的拉伸强度最高，达到412MPa。 搅拌头技术是搅拌摩擦焊工艺的关键技术。从材料和结构形状角度对不锈钢搅拌焊搅拌头进行了设计，分析了不锈钢搅拌焊接过程中搅拌头所受的载荷，并且用有限元软件DEFORM-3D初步模拟了不锈钢搅拌摩擦焊接过程中搅拌头温度场的分布。 在探讨不锈钢搅拌摩擦焊工艺的基础上，对不锈钢搅拌摩擦焊过程中硬质合金搅拌头的磨损机理进行了比较系统的试验研究。通过对实验研究结果的分析，初步将搅拌头的磨损归结为粘结磨损、氧化磨损、扩散磨损、脆性剥落和脆断。 本课题通过一系列工艺试验证明，当选择合理搅拌头材料和几何形状，工艺参数选择最佳时，能够成功实现不锈钢的搅拌摩擦焊连接。也为后续的搅拌摩擦焊工艺提供了参考，具有重要的实用价值。