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铝合金搅拌摩擦焊接工艺及超塑性行为研究

陈丹  
【摘要】:搅拌摩擦焊(FSW)是一种新型摩擦焊接技术,它不仅具有传统摩擦焊接的优点,而且突破了传统摩擦焊接只能焊接轴类零件的限制,可以焊接直焊缝,实现多种接头形式,不同位置的焊接。然而,搅拌摩擦焊接是TWI的专利技术,在相关文献中,关于搅拌摩擦焊接的工艺参数以及搅拌头的设计都只是略微提及。如何将新兴的搅拌摩擦焊接技术应用于铝板的连接,并深入探讨研究其接头形成机理以及与其相关的技术理论,给我们提出了艰巨而迫切的任务。 本文详细讨论了防锈铝搅拌摩擦焊接搅拌头的设计,研究了搅拌头的设计规律,得到了优化的搅拌头。对于3mm厚的防锈铝,优化的搅拌头为圆锥带凹面形。通过研究接头的组织性能以及SN比试验设计和方差分析,对焊接工艺参数进行了优化,最佳工艺参数为1500rpm、37.5mm/min、1500N。 以往的搅拌摩擦焊接都是通过参数设置使材料达到塑性状态从而实现连接。而超塑性变形比塑性变形应力更低,变形量更大,更加有利于材料的加工。本文通过高温拉伸试验,探讨了搅拌摩擦焊接头的超塑性行为,以期望选择合适的参数来使材料达到超塑性状态,形成良好的接头。在450℃,夹头速度为0.6mm/min的情况下得到的最高延伸率为91%。可以初步判定,在450℃附近,可能会出现超塑性现象。本研究的成果可应用于有色金属材料搅拌摩擦焊接参数的优化,推动我国搅拌摩擦焊接技术在铝焊接中的应用。


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