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边界条件对铝合金搅拌摩摩擦焊接头组织及性能的影响

王进  
【摘要】:目前,针对搅拌摩擦焊的大多数研究都是围绕焊接速度、搅拌头转速、以及下压量对焊接接头性能的影响展开,而对搅拌头材质及轴肩尺寸、搅拌针形状和垫板材料等边界条件的研究则较少,且大多数都是针对其中一两个因素展开,缺乏对其系统地研究,清楚地了解这些边界条件对焊接接头性能的影响规律,对于提高搅拌摩擦焊的焊接质量有着不可忽略的意义。 本文选用2219铝合金作为试验材料,首先设计试验研究了工艺参数对接头组织及性能的影响,得出最佳工艺参数,然后使用该工艺参数,在不同边界条件下对试板进行施焊,系统地研究了搅拌头材质及轴肩尺寸、搅拌针形状和垫板材料等边界条件对搅拌摩擦焊接头组织及性能的影响。试验结果显示: (1)在合适的工艺参数条件下可以得到表面光滑内部致密无缺陷的焊接接头;当焊速为100mm/min,搅拌头转速为1200r/min时,焊接所得接头的整体性能最好。 (2)使用不同搅拌针形状的搅拌头焊接后,接头表面都比较光滑,但是都在焊缝一侧产生了不同程度的飞边;使用圆柱形及螺纹形搅拌头焊接时,焊接接头强度系数都达到90%以上,且两者相差不大,而使用圆台形搅拌头焊接时,由于接头存在缺陷,其强度明显较低。 (3)使用高速钢搅拌头和不锈钢搅拌头焊接时,焊缝表面都较为光滑,焊接接头内部均致密无缺陷;焊接接头抗拉强度都较高,强度系数达到了母材的90%以上。使用铜钨合金搅拌头焊接时,焊缝表面有少许毛刺产生接头内部焊核底部位置出现了较为严重的隧道型缺陷;焊后接头强度相对较低,强度系数只有81.81%。 (4)使用不同轴肩尺寸的搅拌头焊接后,接头表面都比较光亮;使用Ф9mm轴肩的搅拌头焊接时飞边较多,接头内部有严重的隧道型缺陷,而使用Ф12mm和Ф15mm轴肩的搅拌头进行焊接时,飞边较少,且都能得到内部致密无缺陷的接头;随着轴肩尺寸的增加,焊后接头的抗拉强度也会出现不同程度地增大。 (5)不同的垫板材料无论是对搅拌摩擦焊的成形情况、微观组织还是力学性能都产生了很大的影响。在选取垫板时要根据实际情况选择散热性能合适的垫板,以保证获得高质量的焊接接头。


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