5083鋁合金攪拌摩擦焊工藝及其有限元模擬研究.pdf

1、攪拌摩擦焊是一種新型的固相連接工藝。本文采用攪拌摩擦焊接3.5mm厚5083-H321鋁合金，參數(shù)合適時(shí)可以得到成型良好的接頭，最高接頭抗拉強(qiáng)度可達(dá)母材的93.6﹪，正彎和背彎都可以達(dá)到180°而不出現(xiàn)裂紋；焊接參數(shù)選擇不當(dāng)時(shí)，會(huì)產(chǎn)生孔洞缺陷，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)出現(xiàn)隧道型缺陷。從本文有限的試驗(yàn)中可以得出接頭無孔洞缺陷的條件是：熱輸入應(yīng)大于569.72 J/mm。熱輸入小于146.95J/mm時(shí)孔洞進(jìn)一步演化成為隧道型缺陷。 對(duì)攪拌摩擦焊

2、接過程中扭矩的測(cè)量和分析可以為攪拌頭和FSW設(shè)備的設(shè)計(jì)提供參考，尤其是在焊接高溫材料如Ti、Ni和鐵合金時(shí)；通過扭矩可以對(duì)FSW過程進(jìn)行實(shí)時(shí)控制，在FSW達(dá)到穩(wěn)態(tài)時(shí)保持扭矩的恒定有助于獲得質(zhì)量均勻的焊縫；最后還可以通過扭矩來驗(yàn)證FSW模型。本試驗(yàn)采用扭矩傳感器實(shí)時(shí)測(cè)量焊接時(shí)主軸的扭矩，發(fā)現(xiàn)在焊接進(jìn)入準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)時(shí)扭矩基本保持恒定。 對(duì)5083鋁合金FSW接頭微觀組織進(jìn)行觀察發(fā)現(xiàn)，焊核上部呈冠狀，中下部為焊核沉積區(qū)；核心可以看到洋蔥環(huán)結(jié)

3、構(gòu)。焊核區(qū)域在強(qiáng)烈的熱機(jī)作用下發(fā)生動(dòng)態(tài)回復(fù)和再結(jié)晶，得到細(xì)小等軸晶粒。焊縫過渡區(qū)也經(jīng)歷熱機(jī)過程，但由于變形應(yīng)變不足沒有發(fā)生動(dòng)態(tài)再結(jié)晶，所以組織晶粒以大變形結(jié)構(gòu)為特征。前進(jìn)側(cè)焊核區(qū)與過渡區(qū)的界限比后退側(cè)的明顯。 建立了FSW過程的熱輸入模型。通過扭矩計(jì)算得出焊接過程中壓入、停留和穩(wěn)態(tài)焊接三個(gè)階段的熱輸入，并利用模型對(duì)各個(gè)階段的溫度場(chǎng)進(jìn)行了模擬。模擬結(jié)果表明隨著攪拌針壓入深度的增加，加熱速度在增加；壓入后適當(dāng)?shù)耐Ａ羰诡A(yù)熱溫度進(jìn)一步提