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镁合金搅拌摩擦焊接工艺及神经网络预测系统

杨宁宁  
【摘要】:搅拌摩擦焊接(FSW)是英国焊接研究所在1991年发明并已获得世界范围专利保护的固相连接技术。镁及镁合金具有密度小、比刚度和比强度高、尺寸稳定性好等特点,已成为现代高新技术领域中最有希望的一种材料。当镁合金采用钨极氩弧焊、熔化极气体保护焊等焊接方法时,焊缝金属会剧烈氧化,产生气孔、裂纹等缺陷。而搅拌摩擦焊接过程中焊缝金属不发生熔化,为连接镁合金提供了研究前景。目前,铝合金的搅拌摩擦焊接已经日趋成熟,而镁合金的搅拌摩擦焊几乎还是个空白,国内外的报道很少。因而,研究镁合金的搅拌摩擦焊接行为有很强的现实意义和工程意义。 本文结合现有的文献资料,设计了适合5mm厚镁合金AZ31B板材的搅拌头,经过实验对搅拌头的材料及结构进行优化;研究了旋转速度、焊接速度和压力三个工艺参数对焊接接头质量的影响,并得到镁合金搅拌摩擦焊接的工艺参数范围。通过镁合金搅拌摩擦焊接接头的金相实验、硬度测试及拉伸实验,确定搅拌摩擦焊接是实现镁合金连接的一种有效手段;通过高温拉伸实验,得出镁合金搅拌摩擦焊接的焊缝组织在高应变速率下不具备超塑性;使用SN比实验设计和方差分析,确定了工艺参数显著性,得到最优化工艺参数;运用MATLAB语言,组建人工神经网络和用户界面,实现接头强度和延伸率的预测,获得了满足工程要求的预测值,为搅拌摩擦焊接接头质量的评估及预测提供了有效的途径。


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