搅拌针端部形状对FSW焊缝根部金属流动行为影响的研究

发布时间：2017-09-10 20:11

  本文关键词：搅拌针端部形状对FSW焊缝根部金属流动行为影响的研究

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【摘要】：搅拌摩擦焊过程中未焊透、吻接或包铝伸入等缺陷常出现在对接接头的根部,此类根部缺陷的形成与焊缝根部金属流动行为密切相关。本课题采用了标示材料法研究了焊缝根部金属的流动行为,并设计了三种搅拌针用以研究搅拌针端部形状对焊缝根部金属流动行为的影响。另外,通过调节软性约束厚度和焊接工艺参数,分析这些因素对焊缝根部金属流动行为的影响规律。研究结果表明:焊缝根部金属有三种的迁移形式:一是主动向下迁移,脱离搅拌针螺纹作用的金属具有一定的初速度,会继续向下迁移;二是挤压迁移,挤压迁移分脱离螺纹的金属和搅拌针端部挤压焊缝根部金属两种形式;三是摩擦迁移,焊缝根部金属在搅拌针提供的摩擦力下迁移,而摩擦造成的迁移属于层流。基于焊缝根部金属的三种流动形式,分别建立了相应的流动物理模型,即穿透流动物理模型、摩擦流动物理模型和挤压流动物理模型。由三种流动物理模型可知,随脱离搅拌针表面螺纹束缚金属的初速度、焊接速度或旋转速度的增加,以及搅拌针端部锥度或端面直径的增加,焊缝根部金属流动速度增加,搅拌针可焊透的板厚也增加。随搅拌针端部锥度增加,脱离螺纹作用的金属向下迁移距离的增加,而焊核区金属的挤压向上迁移距离减小。随搅拌针端面直径增加,搅拌针端面作用区厚度增加,搅拌针可焊板材厚度增大。软性约束厚度和焊接工艺参数均会影响脱离螺纹束缚的金属的初始状态。随软性约束厚度的增加,搅拌针旋转一周迁移下来的金属体积减少,搅拌区深度减小,且紊流区更易出现了疏松孔洞缺陷。焊接工艺参数同时影响螺纹作用向下迁移的金属量和脱离搅拌针时的速度。随旋转速度增加,搅拌针旋转一周迁移下来的金属体积减少,脱离螺纹作用的金属的初速度增加,焊缝根部包铝伸入高度先增加后减小,而未焊透深度先减小后增加;随焊接速度的增加,搅拌针旋转一周迁移下来的金属体积先增加后减少,包铝伸入高度也先增加后减小,而未焊透深度逐渐增加。
【关键词】：FSW 搅拌针端部形状 流动行为 物理模型 软性约束层
【学位授予单位】：南昌航空大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG453.9
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-8
• 第1章 绪论8-19
• 1.1 课题研究的目的及意义8-9
• 1.2 国内外研究现状9-17
• 1.2.1 FSW过程中焊缝塑化金属流动行为研究9-12
• 1.2.2 搅拌头的设计及优化12-15
• 1.2.3 搅拌针端部形貌对焊缝金属流动行为的影响15-16
• 1.2.4 FSW焊缝根部缺陷研究16-17
• 1.3 本论文主要研究内容17-19
• 第2章 试验条件和方法19-24
• 2.1 试验材料及设备19-20
• 2.2 试验方法20-24
• 2.2.1 标示材料试验20-21
• 2.2.2 搅拌针端部形状试验21-22
• 2.2.3 焊接工艺试验22-23
• 2.2.4 金相试样制备23-24
• 第3章 FSW焊缝根部金属的流动形貌24-39
• 3.1 焊缝厚度方向上的金属迁移行为分析24-27
• 3.2 沿焊接方向上的金属迁移行为分析27-30
• 3.3 与焊接方向垂直的方向上的金属迁移行为30-32
• 3.4 焊缝根部金属流动机制32-33
• 3.5 焊缝根部金属流动物理模型33-37
• 3.6 本章小结37-39
• 第4章 搅拌针端部形状对焊缝根部金属流动的作用机制39-52
• 4.1 搅拌针端部形状对焊缝根部金属流动行为分析39-45
• 4.1.1 不同位置横截面上焊缝形貌39-40
• 4.1.2 焊缝根部金属沿厚度方向流动行为分析40-42
• 4.1.3 搅拌针端部形状对焊缝根部未焊透缺陷的影响42-45
• 4.2 搅拌针端部形状与工艺参数对焊缝根部金属形貌的影响45-51
• 4.2.1 搅拌针端部形状与焊接速度的影响45-48
• 4.2.2 搅拌针端部形状与旋转速度的影响48-51
• 4.3 本章小结51-52
• 第5章 焊接工艺对FSW焊缝根部金属流动的影响52-71
• 5.1 软性约束厚度对FSW焊缝根部金属流动的影响52-59
• 5.1.1 软性约束厚度对焊缝根部金属形貌的影响52-55
• 5.1.2 小约束厚度下焊缝根部金属流动行为分析55-57
• 5.1.3 大约束厚度下焊缝根部金属流动行为分析57-59
• 5.2 旋转速度对FSW焊缝根部金属流动的影响59-65
• 5.2.1 旋转速度对小约束厚度下焊缝根部金属流动的影响59-62
• 5.2.2 旋转速度对大约束厚度下焊缝根部金属流动的影响62-65
• 5.3 焊接速度对FSW焊缝根部金属流动的影响65-69
• 5.3.1 焊接速度对小约束厚度下焊缝根部金属流动的影响65-67
• 5.3.2 焊接速度对大约束厚度下焊缝根部金属流动的影响67-69
• 5.4 分析与讨论69-70
• 5.5 本章小结70-71
• 第6章 结论71-72
• 参考文献72-76
• 硕士学位期间发表的学术论文76-77
• 致谢77-78

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前2条

1 严铿;马志新;张健;;包铝层对搅拌摩擦焊接头力学性能的影响[J];材料工程;2008年09期

2 张昭;刘会杰;;搅拌头形状对搅拌摩擦焊材料变形和温度场的影响[J];焊接学报;2011年03期

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本文编号：826373