超声辅助搅拌摩擦焊接设备研发与工艺试验研究
发布时间：2022-06-03 20:38
采用超声能量辅助搅拌摩擦焊接（FSW）过程,在提高焊接速度、降低焊接载荷、改善材料流动等方面取得了一定成效。目前,研究人员采用了多种模式向FSW过程施加超声振动,如通过轴承向搅拌头施加横向振动,通过复杂装置向搅拌头施加轴向振动,通过滚轮向焊件一侧施加振动,直接向搅拌头前方的待焊工件施加振动,向工件背面的固定点施加振动,等等。然而,这些超声施加方式都不同程度地存在一些问题。研发将超声振动与搅拌摩擦焊接过程高效耦合的新设备和新工艺,对于进一步改善焊接质量、提高焊接效率、提升轻量化结构焊接制造水平,具有重要意义。将XHL7132数控铣床自主改装为搅拌摩擦焊机,通过滚柱将超声振动从横向施加于搅拌头,成功研制了超声辅助搅拌摩擦焊接（UVaFSW）系统。振幅测量结果表明,UVaFSW采用滚柱实现了超声振动向搅拌头的有效耦合,避免了轴承式耦合的能量损耗。超声振动经变幅杆-滚柱工具头-搅拌头传递至工件,实现了搅拌头的热-力作用与超声软化效应的同步耦合。采用自主研发的UVaFSW系统,开展了 6 mm厚的6061-T6铝合金板的常规FSW和UVaFSW对接工艺试验。试验结果表明,UVaFSW能够拓宽工艺...
【文章页数】：103 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 前言
1.1 选题意义
1.2 功率超声在金属成形中的应用与研究
1.2.1 金属成形中超声效应的基础研究
1.2.2 超声波金属焊接
1.2.3 超声增材制造
1.3 功率超声装置的研发
1.3.1 大功率换能器
1.3.2 超声旋转加工装置
1.4 搅拌摩擦焊接过程中超声振动施加方式与装置
1.4.1 旋转超声辅助搅拌摩擦焊
1.4.2 从横向将超声振动耦合于搅拌头
1.4.3 超声振动直接施加于工件
1.5 本文主要研究内容
第2章 超声辅助搅拌摩擦焊接系统的研制
2.1 超声辅助搅拌摩擦焊接系统的总体设计
2.2 基于XHL7132数控铣床的搅拌摩擦焊机改装
2.3 焊接载荷采集系统
2.3.1 总体设计
2.3.2 硬件装置
2.4 超声振动单元
2.4.1 超声波发生器的选用
2.4.2 换能器的选用
2.4.3 变幅杆的选用
2.4.4 超声工具头的设计
2.4.5 总体结构
2.5 超声振动的测量和表征
2.5.1 激光测振法原理
2.5.2 变幅杆端面的振幅测量
2.5.3 搅拌头轴肩的振幅测量
2.6 本章小结
第3章 超声辅助搅拌摩擦焊接工艺试验
3.1 试验材料、设备与工艺参数
3.2 焊缝成形与工艺窗口
3.3 接头微观组织
3.4 接头力学性能
3.4.1 显微硬度
3.4.2 拉伸性能
3.4.3 冲击性能
3.4.4 弯曲性能
3.5 本章小结
第4章 超声振动对UVaFSW过程参量的影响
4.1 焊接载荷
4.1.1 FSW与UVaFSW中焊接载荷的比较
4.1.2 UVeFSW与UVaFSW中焊接载荷的比较
4.2 焊接热循环
4.3 材料流动
4.3.1 FSW材料流动的一般规律
4.3.2 焊缝横截面不同位置的材料流动
4.3.3 焊缝水平截面不同深度的材料流动
4.4 本章小结
第5章 结论
参考文献
致谢
攻读硕士期间发表的论文
学位论文评阅及答辩情况表
【参考文献】：
期刊论文
[1]金属超声波增材制造技术的发展[J]. 李鹏,焦飞飞,刘郢,刘晓兵,果春焕,姜风春. 航空制造技术. 2016(12)
[2]外加能量辅助搅拌摩擦焊技术的研究进展[J]. 刘小超,武传松. 精密成形工程. 2015(05)
[3]多功能旋转超声加工装置的设计与优化[J]. 黄帅,刘新,瞿娇娇,陈发泽,徐文骥. 电加工与模具. 2013(05)
[4]超声振动辅助搅拌摩擦焊的研究进展[J]. 武传松,刘小超. 焊接. 2013(04)
[5]低碳钢搅拌摩擦焊用摩擦头的失效研究[J]. 王希靖,梁建莉,张忠科,路永新. 电焊机. 2012(02)
[6]铝合金超声搅拌复合焊接[J]. 贺地求,李剑,李东辉,梁健章. 焊接学报. 2011(12)
[7]感应电能传输超声振动刀柄集成系统[J]. 皮钧,王素,冯薇. 拖拉机与农用运输车. 2010(01)
[8]搅拌摩擦焊技术应用现状和发展趋势[J]. 栾国红,柴鹏. 金属加工(热加工). 2008(24)
[9]旋转超声磨削装置的研制[J]. 肖永军,杨卫平,李尧忠,刘瑞. 制造技术与机床. 2007(06)
[10]压电超声换能器的应用与发展[J]. 贾宝贤,边文凤,赵万生,王振龙. 压电与声光. 2005(02)
硕士论文
[1]超声振动强化搅拌摩擦焊工艺及接头疲劳性能的研究[D]. 吴明孝.山东大学 2017
[2]超声辅助FSW的振动施加方式与工艺实验研究[D]. 钟益斌.山东大学 2016
[3]超声振动强化搅拌摩擦焊工艺及机理的研究[D]. 刘小超.山东大学 2015
本文编号：3653449
【文章页数】：103 页
【学位级别】：硕士
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摘要
Abstract
第1章 前言
1.1 选题意义
1.2 功率超声在金属成形中的应用与研究
1.2.1 金属成形中超声效应的基础研究
1.2.2 超声波金属焊接
1.2.3 超声增材制造
1.3 功率超声装置的研发
1.3.1 大功率换能器
1.3.2 超声旋转加工装置
1.4 搅拌摩擦焊接过程中超声振动施加方式与装置
1.4.1 旋转超声辅助搅拌摩擦焊
1.4.2 从横向将超声振动耦合于搅拌头
1.4.3 超声振动直接施加于工件
1.5 本文主要研究内容
第2章 超声辅助搅拌摩擦焊接系统的研制
2.1 超声辅助搅拌摩擦焊接系统的总体设计
2.2 基于XHL7132数控铣床的搅拌摩擦焊机改装
2.3 焊接载荷采集系统
2.3.1 总体设计
2.3.2 硬件装置
2.4 超声振动单元
2.4.1 超声波发生器的选用
2.4.2 换能器的选用
2.4.3 变幅杆的选用
2.4.4 超声工具头的设计
2.4.5 总体结构
2.5 超声振动的测量和表征
2.5.1 激光测振法原理
2.5.2 变幅杆端面的振幅测量
2.5.3 搅拌头轴肩的振幅测量
2.6 本章小结
第3章 超声辅助搅拌摩擦焊接工艺试验
3.1 试验材料、设备与工艺参数
3.2 焊缝成形与工艺窗口
3.3 接头微观组织
3.4 接头力学性能
3.4.1 显微硬度
3.4.2 拉伸性能
3.4.3 冲击性能
3.4.4 弯曲性能
3.5 本章小结
第4章 超声振动对UVaFSW过程参量的影响
4.1 焊接载荷
4.1.1 FSW与UVaFSW中焊接载荷的比较
4.1.2 UVeFSW与UVaFSW中焊接载荷的比较
4.2 焊接热循环
4.3 材料流动
4.3.1 FSW材料流动的一般规律
4.3.2 焊缝横截面不同位置的材料流动
4.3.3 焊缝水平截面不同深度的材料流动
4.4 本章小结
第5章 结论
参考文献
致谢
攻读硕士期间发表的论文
学位论文评阅及答辩情况表
【参考文献】：
期刊论文
[1]金属超声波增材制造技术的发展[J]. 李鹏,焦飞飞,刘郢,刘晓兵,果春焕,姜风春. 航空制造技术. 2016(12)
[2]外加能量辅助搅拌摩擦焊技术的研究进展[J]. 刘小超,武传松. 精密成形工程. 2015(05)
[3]多功能旋转超声加工装置的设计与优化[J]. 黄帅,刘新,瞿娇娇,陈发泽,徐文骥. 电加工与模具. 2013(05)
[4]超声振动辅助搅拌摩擦焊的研究进展[J]. 武传松,刘小超. 焊接. 2013(04)
[5]低碳钢搅拌摩擦焊用摩擦头的失效研究[J]. 王希靖,梁建莉,张忠科,路永新. 电焊机. 2012(02)
[6]铝合金超声搅拌复合焊接[J]. 贺地求,李剑,李东辉,梁健章. 焊接学报. 2011(12)
[7]感应电能传输超声振动刀柄集成系统[J]. 皮钧,王素,冯薇. 拖拉机与农用运输车. 2010(01)
[8]搅拌摩擦焊技术应用现状和发展趋势[J]. 栾国红,柴鹏. 金属加工(热加工). 2008(24)
[9]旋转超声磨削装置的研制[J]. 肖永军,杨卫平,李尧忠,刘瑞. 制造技术与机床. 2007(06)
[10]压电超声换能器的应用与发展[J]. 贾宝贤,边文凤,赵万生,王振龙. 压电与声光. 2005(02)
硕士论文
[1]超声振动强化搅拌摩擦焊工艺及接头疲劳性能的研究[D]. 吴明孝.山东大学 2017
[2]超声辅助FSW的振动施加方式与工艺实验研究[D]. 钟益斌.山东大学 2016
[3]超声振动强化搅拌摩擦焊工艺及机理的研究[D]. 刘小超.山东大学 2015
本文编号：3653449
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/jinshugongy/3653449.html
