搅拌摩擦焊温度场的测量及分析

【摘要】：搅拌摩擦焊(Friction Stir Welding,简称FSW)是自激光焊技术出现以来最具发展潜力和最引人注目的先进焊接技术,受到了国内外研究者的广泛关注。搅拌摩擦焊接过程温度场对晶体微观结构和焊接接头力学性能有很重要的影响,是焊缝金属材料的流动性、分析变形以及焊接应力的基础。 目前,大部分的试验研究均是在焊接工件中插入热电偶测量温度场的分布,即主要测定搅拌摩擦焊过程中,焊接试件中温度分布的情况,而对于搅拌工具的温度场分布则几乎未见研究报道。搅拌头的温度场对整个试验有着重要的影响。测量温度场主要是没有合适的仪器。为了解决该问题,本文自行设计研制了搅拌摩擦焊工具的无线传输测温系统。 本文结合热电偶测温技术,分别应用自行研制的无线测温系统及传统的温度记录仪,测定了不同材质、不同几何特征搅拌工具及不同散热条件下,搅拌摩擦焊过程中,搅拌工具及铝合金焊接试板的温度场,初步研究了各种边界条件对搅拌摩擦焊工具及铝合金焊接试板温度场分布规律的影响。 研究结果表明,不锈钢搅拌头比高速钢搅拌头的产热量高;搅拌头轴肩部分的温度场分布呈现为中间低,两端高的特征,该现象还有待进一步的研究分析;增大搅拌头轴肩尺寸,摩擦接触面积增加,则摩擦产热量增加,有利于焊缝成形;螺纹搅拌头较圆柱状和圆台状搅拌头产热量更大,摩擦搅拌作用最好,有利于形成较好的焊缝组织;使用铜垫板焊接试板的峰值温度明显低于使用隔热板焊接接头的峰值温度。