6061-T6铝合金双轴肩搅摩擦焊扭矩分析

发布时间：2017-03-25 09:13

  本文关键词：6061-T6铝合金双轴肩搅摩擦焊扭矩分析，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：双轴肩搅拌摩擦焊是近年内发展起来的新的焊接技术,目前已经广泛运用于航空航天、国防事业等众多领域。本文针对7.8 mm厚的6061-T6铝合金,进行不同方案的双轴肩搅拌摩擦焊接试验,结合前进阻力、温度过程参数对扭矩进行分析,对比扭矩特征,提出一种可用于检测间隙的算法;利用四组不同形式的轴肩组合进行双轴肩搅拌摩擦焊,研究轴肩形式对焊缝表面成形、焊后力学性能的影响,并重点研究了不同轴肩形式的扭矩的变化,及扭矩对焊接的影响。自主设计了一种卡扣式双轴肩搅拌摩擦头,可通过不同长度的上位键和下位键改变轴肩距以适应不同板厚,抗振性能良好有效的避免了螺栓带来的轴肩距变化的问题;设计新型工装,将原有工装由滑动摩擦改为滚动摩擦,使测得的前进阻力更准确。在有间隙和无间隙两种条件下,进行双轴肩搅拌摩擦焊试验,分析了扭矩特征参数,发现稳定状态的低频扭矩随着转速上升而变小、随着焊接速度变大而变大;扭矩信号在整个焊接过程中都有振荡特性,而且振荡周期随着转速的变大而变小;间隙会使得扭矩原始波形图整体趋势有所降低,低频扭矩在间隙的位置会出现明显的下降,对于扭矩的周期振荡信号则会在间隙位置引起扭矩信号大幅度的振荡现象,而间隙位置周围的扭矩信号的振荡情况也比无间隙的振荡幅度大;在焊接速度低于200 mm/min时,小波变换算法能够可靠的检测出宽度大于0.3 mm的间隙。在不同轴肩组合中,组合C(上凹下凸)、D(上凹下凹)成形最好,组合C接头的拉伸强度最好,大约占母材的74.4%,凸肩对塑性金属向焊缝中心的流动更有利;焊核区的硬度分布比较均匀,凹肩一侧硬度低于凸肩一侧的硬度,凹肩一侧的晶粒(约12μm)大于接近凸肩一侧的晶粒(约8μm),在两侧热机影响区,凹肩一侧的硬度高于凸肩一侧的硬度,凹肩一侧的晶粒尺寸小于凸肩一侧的晶粒尺寸;四种组合中,组合D产生的扭矩值最大,当转速差别不大时凸肩更容易引发扭矩振荡的现象;当轴肩选择不当,会使得扭矩变大,产热增加,出现粘黏现象,引起飞边、焊缝变薄等现象,若扭矩出现异常振荡现象可能会导致搅拌针的疲劳断裂,直接使得焊接失败;轴肩组合适当时,扭矩也比较平稳,产生热量适合焊接,不会出现大量粘黏焊缝金属的情况,而且试验后得到的焊缝表面光洁、纹路清晰。
【关键词】：BTFSW 6061-T6铝合金 扭矩 间隙 轴肩组合影响
【学位授予单位】：江苏科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG453.9
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-12
• 第1章 绪论12-22
• 1.1 选题背景及意义12
• 1.2 搅拌摩擦焊12-17
• 1.2.1 搅拌摩擦焊的原理13
• 1.2.2 搅拌摩擦焊的特点13-14
• 1.2.3 搅拌摩擦焊研究现状14-16
• 1.2.4 搅拌摩擦焊的运用16-17
• 1.3 双轴肩搅拌摩擦焊17-20
• 1.3.1 双轴肩搅拌摩擦焊原理17
• 1.3.2 双轴肩搅拌摩擦焊特点17-18
• 1.3.3 双轴肩搅拌摩擦焊研究现状18-20
• 1.4 研究内容及目的20-22
• 1.4.1 研究目的20
• 1.4.2 研究内容20-22
• 第2章 试验材料、设备及方法22-27
• 2.1 试验材料和设备22-25
• 2.1.1 试验用铝合金板材22
• 2.1.2 双轴肩搅拌摩擦焊机22-24
• 2.1.3 双轴肩搅拌摩擦焊特征参数检测装置24-25
• 2.2 试验方法25
• 2.3 测试方法25-26
• 2.3.1 金相试验25
• 2.3.2 硬度试验25-26
• 2.3.3 拉伸试验26
• 2.4 本章小结26-27
• 第3章 双轴肩搅拌摩擦焊搅拌头及工装设计27-36
• 3.1 引言27
• 3.2 搅拌头设计27-31
• 3.2.1 搅拌头材料选择27-28
• 3.2.2 搅拌头结构设计28-30
• 3.2.3 轴肩与搅拌针特征30-31
• 3.3 工装设计31-34
• 3.4 表面状态影响34-35
• 3.5 本章小结35-36
• 第4章 双轴肩搅拌摩擦焊扭矩分析36-57
• 4.1 引言36
• 4.2 试验方案36-37
• 4.3 双轴肩搅拌摩擦焊扭矩振荡机理37-39
• 4.4 无间隙条件下焊接扭矩分析39-45
• 4.4.1 扭矩波形39-41
• 4.4.2 低频扭矩与焊接参数的关系41-42
• 4.4.3 扭矩周期振荡特征42-45
• 4.4.4 扭矩振荡频率与焊接参数的关系45
• 4.5 间隙存在条件下焊接扭矩分析45-55
• 4.5.1 低频扭矩分析45-48
• 4.5.2 扭矩信号的周期性分析48-50
• 4.5.3 扭矩对间隙的检测50-51
• 4.5.4 间隙检测算法51-54
• 4.5.5 不同间隙宽度的检测结果54-55
• 4.6 本章小结55-57
• 第5章 轴肩形态对焊接扭矩及接头质量的影响57-78
• 5.1 引言57
• 5.2 轴肩组合形式57-58
• 5.3 不同轴肩组合的试验结果58-68
• 5.3.1 不同组合对表面成形影响及分析58-60
• 5.3.2 弯曲及拉伸性能60-62
• 5.3.3 接头宏观形貌与其硬度62-65
• 5.3.4 不同轴肩对焊接区域组织影响分析65-68
• 5.4 不同轴肩组合的扭矩分析68-77
• 5.4.1 不同轴肩的扭矩分析68-70
• 5.4.2 扭矩振荡幅值与焊接区域温度的关系70-72
• 5.4.3 扭矩异常振荡对焊接的影响72-77
• 5.5 本章小结77-78
• 结论78-80
• 参考文献80-85
• 作者攻读学位阶段参研课题及研究成果85-86
• 致谢86-87
• 详细摘要87-91

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