2024-T3鋁合金超聲輔助攪拌摩擦焊接頭強化機理研究.pdf

1、2024-T3鋁合金因其具有高強度高韌性等特性，廣泛應(yīng)用于航空航天等工業(yè)中，其焊接問題也成為人們關(guān)注的焦點。由于傳統(tǒng)攪拌摩擦焊接工藝的局限性，已經(jīng)無法滿足2024-T3鋁合金的焊接要求。本文運用聲學(xué)和機械設(shè)計學(xué)原理自行設(shè)計制造了超聲輔助攪拌摩擦焊系統(tǒng)，并成功運用該系統(tǒng)對2024-T3鋁合金進行了超聲輔助攪拌摩擦焊焊接，獲得了性能優(yōu)于傳統(tǒng)攪拌摩擦焊的接頭。通過對比同等參數(shù)下的傳統(tǒng)攪拌摩擦焊接頭性能，運用金相、SEM等微觀分析手段對比分析兩

2、種接頭晶粒尺寸大小、塑性流動能力異同，結(jié)合接頭拉伸性能和硬度的表征初步探究了超聲輔助攪拌摩擦焊對接頭性能的作用機理，獲得以下研究成果：
　　根據(jù)超聲輔助攪拌摩擦焊系統(tǒng)的需要，運用聲學(xué)，機械設(shè)計原理等設(shè)計制造了超聲輔助攪拌摩擦焊系統(tǒng)。并使用該系統(tǒng)成功對2024-T3鋁合金進行了焊接。得到了表面成形光潔平滑，無毛刺，塑性流線更加清晰的接頭。
　　通過對比傳統(tǒng)攪拌摩擦焊接頭與超聲輔助攪拌摩擦焊接頭，發(fā)現(xiàn)超聲輔助下得到的焊核晶粒更為

3、細小，排列更為緊密均勻，抗拉強度、延伸率和硬度值都高于傳統(tǒng)攪拌摩擦焊接頭，且硬度分布更均勻。對比焊接過程中相應(yīng)測試點溫度曲線發(fā)現(xiàn)，超聲輔助攪拌摩擦焊峰值溫度高于傳統(tǒng)攪拌摩擦焊且焊縫溫度分布均勻，延長了焊接過程中高溫停留時間，縮小前進側(cè)與后退側(cè)溫度差異。并通過計算得到20KHz超聲波傳遞的能量即聲強以及超聲質(zhì)點的加速度峰值從而得出超聲輔助攪拌摩擦焊焊接過程中溫度的升高來自超聲波的能量傳遞。
　　本文從超聲熱效應(yīng)和機械效應(yīng)兩方面對超聲

4、輔助攪拌摩擦焊接頭強化機理進行研究。通過分析溫度影響動態(tài)再結(jié)晶過程，發(fā)現(xiàn)超聲波熱效應(yīng)強化接頭的機理是通過熱效應(yīng)提高焊接時焊縫溫度，促使動態(tài)再結(jié)晶過程的發(fā)生，從而影響鋁合金塑性流動性，改善接頭性能。通過分析超聲波產(chǎn)生的劇烈機械振動對焊接過程中位錯密度的影響，得出超聲波機械效應(yīng)強化接頭的機理是增加位錯密度，在動態(tài)再結(jié)晶過程中對晶粒進一步細化來強化接頭性能。
　　根據(jù)所分析的超聲輔助攪拌摩擦焊鋁合金接頭強韌化機理，本文還探究了焊接參數(shù)對