【摘要】：攪拌摩擦焊(FSW)作為一種固相連接技術(shù),已經(jīng)逐漸發(fā)展成為鋁合金焊接的主要工藝方法之一。但是,傳統(tǒng)的FSW存在焊接載荷大、攪拌頭易磨損、工藝窗口窄等問題。為解決這些問題,利用超聲振動對塑性變形材料的軟化作用,研發(fā)了一種在攪拌頭前方以一定角度直接將超聲振動能量施加在待焊工件上的FSW改型新工藝,即超聲振動強(qiáng)化攪拌摩擦焊接(UVeFSW-Ultrasonic Vibration enhanced FSW)。前期實(shí)驗(yàn)研究已經(jīng)證明了 UVeFSW具有降低焊接載荷和改善焊接質(zhì)量的工藝效果。通過開展工藝實(shí)驗(yàn)深入考察和研究附加超聲振動對焊接工藝過程和接頭質(zhì)量的影響機(jī)制,尤其是附加超聲振動對焊核區(qū)微觀組織特征和再結(jié)晶過程的作用機(jī)理,對于促進(jìn)VeFSW工藝的發(fā)展和應(yīng)用以及提高攪拌摩擦焊接成形制造水平,具有重要的理論意義和工程實(shí)用價(jià)值。首先,開展了 6061-T6和2024-T3鋁合金板的UVeFSW焊接工藝試驗(yàn),實(shí)現(xiàn)了工藝參數(shù)的優(yōu)化和匹配,對比分析了超聲振動對焊接過程參量、接頭質(zhì)量以及材料流動的影響規(guī)律。結(jié)果表明,施加超聲振動后,能夠在一定程度上降低焊接載荷,改善焊縫成形質(zhì)量,擴(kuò)大焊接工藝窗口,提高焊接效率。超聲能量改善了焊接過程中的材料流動,擴(kuò)大了焊核區(qū)(變形區(qū))的尺寸,并提高了接頭的力學(xué)性能。在此基礎(chǔ)上,借助背散射電子衍射(EBSD)技術(shù)對接頭焊核區(qū)的顯微組織進(jìn)行了表征。研究了 6061-T6鋁合金焊核區(qū)橫截面以及縱截面焊縫中心軸線(WCA)和焊核區(qū)邊緣(WNE)處不同位置的晶粒組織,對比分析了 FSW和UVeFSW工藝條件下焊核區(qū)內(nèi)晶粒尺寸、晶粒取向以及再結(jié)晶過程的變化情況。同時(shí),研究了2024-T3鋁合金焊核區(qū)橫截面沿水平方向連續(xù)區(qū)域內(nèi)的晶粒組織,并采用“急�！奔夹g(shù),進(jìn)一步研究了匙孔附近的晶粒組織演變,分析了超聲能量對于焊接過程中不同塑性狀態(tài)下的材料的影響。結(jié)果表明,施加超聲后使得焊核區(qū)晶粒發(fā)生細(xì)化并且改變了晶粒取向。超聲能量改善了焊核區(qū)再結(jié)晶過程,使得再結(jié)晶過程進(jìn)行得更加徹底。綜合考慮了超聲能量對FSW接頭材料形變以及焊核區(qū)不同位置晶粒組織的作用規(guī)律,推測了超聲能量在工件中的分布情況,發(fā)現(xiàn)在焊核區(qū)的中心位置超聲作用效果最大,焊核區(qū)周邊的超聲作用效果逐漸減弱。隨后,基于EBSD技術(shù),提出了一種研究FSW接頭焊核區(qū)微觀組織演變過程中應(yīng)變分量變化的新方法,引入特殊應(yīng)變分量(SSC-Specific Strain Component),從應(yīng)變的角度分析了超聲能量對焊核區(qū)晶粒細(xì)化的影響。結(jié)果表明,焊核區(qū)不同位置的應(yīng)變不同,施加超聲振動后增大了焊核區(qū)相對應(yīng)區(qū)域的應(yīng)變值,超聲存在時(shí)晶粒細(xì)化對應(yīng)變的依賴增強(qiáng)。此外,開展了 UVeFSW的搭接工藝試驗(yàn),重點(diǎn)研究了超聲能量對焊接載荷、搭接界面缺陷以及接頭失效機(jī)制的影響。發(fā)現(xiàn)在不同的工件連接方式以及超聲傳遞路徑發(fā)生變化的條件下,超聲能量對于改善焊接過程和接頭質(zhì)量仍具有重要的作用,證實(shí)了 UVeFSW焊接工藝的適用性。
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［４７］采用上述方法研宄了鋁合金攪拌摩擦焊接過程中焊接參數(shù)對載荷的影響，發(fā)現(xiàn)逡逑焊接扭矩主要受攪拌頭轉(zhuǎn)速的影響；轉(zhuǎn)速越高扭矩越低；焊接進(jìn)給力隨焊接速度逡逑的升高而增大。圖１．３示出了攪拌頭扭矩和前進(jìn)阻力（進(jìn)給力）的測試結(jié)果。逡逑３Ｓ邋邋邐邐邐邐邐邋１００００邐邐ｒ邐邐邐邐邐—￣￣＾，，邐逡逑１－Ｄ－ｅＯＯｒ／ｍｉｎ邋Ｉ邐Ｉ邋！邐：邐ｆ邐｜邐：邋－－＜＞—逡逑３０邋？邋｜－０？

本文編號：2691627