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2524薄板搅拌摩擦焊工艺研究

贺暑俊  
【摘要】:目前铆接技术仍然是飞机蒙皮连接的主流技术。随着绿色、节能、环保的理念成为国际共识,人们对飞机轻量化的需求显得日益迫切。搅拌摩擦焊接技术成为飞机蒙皮连接的重要发展方向。目前2524铝合金是飞机蒙皮的主流材料。本文采用搅拌摩擦焊方法对2524-T3铝合金薄板进行焊接工艺与缺陷研究,为搅拌摩擦焊在飞机蒙皮连接中应用进行工艺验证。 本文根据搅拌摩擦焊生热理论,建立了2524-T3铝合金搅拌摩擦焊三维瞬态热传导有限元模型,使用ANSYS有限元研究了焊接过程中不同焊接时刻与位置温度演变规律,以及焊接参数对温度场分布的影响,数值模拟结果与试验结果基本吻合,并根据此模型成功优化了起焊预热时间和垫板材料对焊接质量的影响,验证了模型的正确性。 在数值仿真计算的基础上,进行了1.8mm厚2524-T3铝合金薄板搅拌摩擦焊单道对接试验,并对焊缝的力学性能、微观组织进行了分析。采用随动水冷和滚压技术解决了铝合金薄板焊缝难成形、易变形、质量不稳定等难题。针对薄板搅拌摩擦焊的特点,本文还重点研究了薄板搅拌摩擦焊接过程所出现的飞边、未焊透、孔洞和沟槽四种缺陷形式与形成机理,实验验证了对应缺陷的无损检测技术,研发了高效的超声搅拌摩擦焊缺陷消除方法。研究表明:在适当的参数范围内,可获得表面平整、内部无缺陷、无变形的高质量对接接头。在搅拌头转速为2400r/min,焊接速度为150mm/min时,焊缝的平均抗拉强度达到409.5MPa,达到母材的92.9%。最后,根据优化的焊接工艺和无损检测技术成功焊接了1.2m长板,焊件变形得到控制,焊接接头质量合格。 试验验证了搅拌摩擦焊工艺在商用飞机蒙皮连接中应用的可行性,项目获得资助方验收通过,研究结果对搅拌摩擦焊在航空制造中的工程应用具有重要促进作用与参考价值。


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