ZK60镁合金双轴肩搅拌摩擦焊工艺及机理研究
发布时间：2022-12-04 23:52
双轴肩搅拌摩擦焊（简称BT-FSW）是在传统搅拌摩擦焊基础上改进并提出的一种新型焊接方法。BT-FSW的特点在于既能获得质量良好焊接接头,又克服了常规搅拌摩擦焊需要垫板支撑的局限性。针对ZK60高强镁合金的材料性质,本文设计了新型专用BT-FSW搅拌头,并利用该搅拌头进行焊接试验,在一定范围的工艺窗口获得成形良好的接头。揭示了不同工艺参数对接头成形,微观组织演变以及力学性能的影响与联系,为高强镁合金的实际工程化应用奠定了基础。试验分析了不同轴肩以及不同搅拌针形貌对接头成形的影响,采用优化设计的平面带螺纹轴肩配合锥状平台带螺纹搅拌头进行焊接试验,最终获得成形良好、无缺陷的接头。同时对焊接过程典型特征进行实时监测,获得焊接过程典型特征点温度热循环曲线以及主轴、X轴电机扭矩。通过建立焊接过程特征参数与焊接工艺参数的联系与规律,以期通过根据过程参数调控焊接接头质量。研究发现随着热输入量增大（搅拌头转速的提高或者焊速降低）,特征点温度循环峰值温度将显著上升,稳定状态下主轴与X轴电机扭矩均有所下降。反之热输入降低（搅拌头转速降低或者焊接速度升高）,特征点峰值温度降低,材料软化程度降低。进而引发主轴...
【文章页数】：86 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 课题来源及研究的背景和意义
1.2 镁合金BT-FSW研究现状及分析
1.2.1 搅拌头设计
1.2.2 接头组织与性能
1.2.3 焊接过程参数及机理研究
1.2.4 国内外研究现状简述
1.3 主要研究内容
1.3.1 BT-FSW焊具设计与过程参数研究
1.3.2 BT-FSW接头成形与微观组织
1.3.3 BT-FSW接头力学性能
第2章 试验材料、设备及方法
2.1 试验材料
2.2 试验设备
2.3 试验设计
2.4 分析测试方法
2.4.1 微观组织观察
2.4.2 力学性能测试
2.4.3 焊接过程参数测定
第3章 BT-FSW焊具优化设计与过程参数研究
3.1 ZK60 高强镁合金BT-FSW焊具设计
3.1.1 焊具材料选择
3.1.2 焊具形貌对焊缝成形的影响
3.1.3 搅拌头优化设计
3.2 ZK60 高强镁合金BT-FSW特征研究
3.2.1 接头温度场分布研究
3.2.2 电机扭矩
3.3 本章小结
第4章 ZK60 镁合金BT-FSW接头成形与微观组织
4.1 焊缝接头成形
4.1.1 焊缝表面形貌
4.1.2 接头截面形貌
4.2 接头微观组织
4.2.1 典型微观组织
4.2.2 焊接速度对接头微观组织的影响
4.2.3 搅拌头转速对接头微观组织的影响
4.3 ZK60 镁合金BT-FSW接头形成机理
4.3.1 流动行为分析
4.3.2 晶粒组织形态与演化规律
4.4 本章小结
第5章 ZK60 镁合金BT-FSW接头力学性能
5.1 .接头显微硬度
5.1.1 .显微硬度分布特征
5.1.2 焊接速度对接头显微硬度分布的影响
5.1.3 搅拌头转速对接头显微硬度分布的影响
5.2 接头拉伸性能
5.2.1 焊接速度对接头拉伸性能的影响
5.2.2 搅拌头转速对接头拉伸性能的影响
5.2.3 典型拉伸断口分析拉伸
5.3 接头冲击性能
5.3.1 焊接速度对接头冲击性能的影响
5.3.2 搅拌头转速对接头冲击性能的影响
5.3.3 冲击断口分析
5.4 本章小结
结论
参考文献
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]双轴肩搅拌摩擦焊技术研究现状[J]. 周利,刘朝磊,王计,冯吉才,杜正勇,赵瑞峰,孟凡新. 焊接. 2015(06)
[2]搅拌摩擦焊技术及其应用发展[J]. 张欣盟,杨景宏,王春生,韩凤武. 焊接. 2015(01)
[3]汽车轻量化技术的研究与进展[J]. 范子杰,桂良进,苏瑞意. 汽车安全与节能学报. 2014(01)
[4]搅拌摩擦焊搅拌头的研究现状[J]. 丁文兵,童彦刚,朱飞,冉洋,陈康. 激光杂志. 2013(06)
[5]6082铝合金双轴肩搅拌摩擦焊试板温度场研究[J]. 李敬勇,周小平,董春林,董继红. 航空材料学报. 2013(05)
[6]常规FSW与双轴肩FSW对铝合金接头组织和性能的影响[J]. 董继红,聂绪胜,鄢江武,董春林,栾国红. 焊接学报. 2013(07)
[7]国内外搅拌摩擦焊用搅拌头的研究现状及发展趋势[J]. 郁炎,晏阳阳,高福洋. 材料开发与应用. 2013(03)
[8]镁合金搅拌摩擦焊技术的研究进展[J]. 周楠,戚文军,王海艳,农登,宋东福. 材料导报. 2011(S2)
[9]飞机制造中的搅拌摩擦焊技术及其发展[J]. 栾国红. 航空制造技术. 2009(20)
[10]La对AZ91镁合金铸态组织的影响及其细化机制[J]. 王社斌,张金玲,祁小叶,许并社. 材料工程. 2009(S1)
本文编号：3709238
【文章页数】：86 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 课题来源及研究的背景和意义
1.2 镁合金BT-FSW研究现状及分析
1.2.1 搅拌头设计
1.2.2 接头组织与性能
1.2.3 焊接过程参数及机理研究
1.2.4 国内外研究现状简述
1.3 主要研究内容
1.3.1 BT-FSW焊具设计与过程参数研究
1.3.2 BT-FSW接头成形与微观组织
1.3.3 BT-FSW接头力学性能
第2章 试验材料、设备及方法
2.1 试验材料
2.2 试验设备
2.3 试验设计
2.4 分析测试方法
2.4.1 微观组织观察
2.4.2 力学性能测试
2.4.3 焊接过程参数测定
第3章 BT-FSW焊具优化设计与过程参数研究
3.1 ZK60 高强镁合金BT-FSW焊具设计
3.1.1 焊具材料选择
3.1.2 焊具形貌对焊缝成形的影响
3.1.3 搅拌头优化设计
3.2 ZK60 高强镁合金BT-FSW特征研究
3.2.1 接头温度场分布研究
3.2.2 电机扭矩
3.3 本章小结
第4章 ZK60 镁合金BT-FSW接头成形与微观组织
4.1 焊缝接头成形
4.1.1 焊缝表面形貌
4.1.2 接头截面形貌
4.2 接头微观组织
4.2.1 典型微观组织
4.2.2 焊接速度对接头微观组织的影响
4.2.3 搅拌头转速对接头微观组织的影响
4.3 ZK60 镁合金BT-FSW接头形成机理
4.3.1 流动行为分析
4.3.2 晶粒组织形态与演化规律
4.4 本章小结
第5章 ZK60 镁合金BT-FSW接头力学性能
5.1 .接头显微硬度
5.1.1 .显微硬度分布特征
5.1.2 焊接速度对接头显微硬度分布的影响
5.1.3 搅拌头转速对接头显微硬度分布的影响
5.2 接头拉伸性能
5.2.1 焊接速度对接头拉伸性能的影响
5.2.2 搅拌头转速对接头拉伸性能的影响
5.2.3 典型拉伸断口分析拉伸
5.3 接头冲击性能
5.3.1 焊接速度对接头冲击性能的影响
5.3.2 搅拌头转速对接头冲击性能的影响
5.3.3 冲击断口分析
5.4 本章小结
结论
参考文献
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]双轴肩搅拌摩擦焊技术研究现状[J]. 周利,刘朝磊,王计,冯吉才,杜正勇,赵瑞峰,孟凡新. 焊接. 2015(06)
[2]搅拌摩擦焊技术及其应用发展[J]. 张欣盟,杨景宏,王春生,韩凤武. 焊接. 2015(01)
[3]汽车轻量化技术的研究与进展[J]. 范子杰,桂良进,苏瑞意. 汽车安全与节能学报. 2014(01)
[4]搅拌摩擦焊搅拌头的研究现状[J]. 丁文兵,童彦刚,朱飞,冉洋,陈康. 激光杂志. 2013(06)
[5]6082铝合金双轴肩搅拌摩擦焊试板温度场研究[J]. 李敬勇,周小平,董春林,董继红. 航空材料学报. 2013(05)
[6]常规FSW与双轴肩FSW对铝合金接头组织和性能的影响[J]. 董继红,聂绪胜,鄢江武,董春林,栾国红. 焊接学报. 2013(07)
[7]国内外搅拌摩擦焊用搅拌头的研究现状及发展趋势[J]. 郁炎,晏阳阳,高福洋. 材料开发与应用. 2013(03)
[8]镁合金搅拌摩擦焊技术的研究进展[J]. 周楠,戚文军,王海艳,农登,宋东福. 材料导报. 2011(S2)
[9]飞机制造中的搅拌摩擦焊技术及其发展[J]. 栾国红. 航空制造技术. 2009(20)
[10]La对AZ91镁合金铸态组织的影响及其细化机制[J]. 王社斌,张金玲,祁小叶,许并社. 材料工程. 2009(S1)
本文编号：3709238
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