鋁合金薄板攪拌摩擦焊焊接變形機(jī)理與控制.pdf

1、隨著我國航空航天事業(yè)的飛速發(fā)展,以焊代鉚是鋁合金薄壁結(jié)構(gòu)的發(fā)展趨勢。作為固相焊接技術(shù),攪拌摩擦焊技術(shù)已成為鋁合金材料焊接的首先工藝,可以有效避免材料在焊接過程中的燒穿和焊縫成型不良等問題,但是焊接變形問題依然十分嚴(yán)重,是在工程應(yīng)用中急需解決的一大難題。
　　 攪拌摩擦焊(FSW)中常見的焊接變形包括錯邊變形、失穩(wěn)變形和撓曲變形。分析認(rèn)為:焊縫及其附近區(qū)域的縱向殘余拉應(yīng)力沿厚度方向的不對稱分布是引起撓曲變形的本質(zhì)原因,遠(yuǎn)離焊縫區(qū)域

2、的縱向殘余壓應(yīng)力超過失穩(wěn)臨界值則是引起失穩(wěn)變形的本質(zhì)原因。焊接過程中不規(guī)則溫度場和焊接力以及流變抗力是焊接變形的誘發(fā)機(jī)制。變形是表象,殘余應(yīng)力是本質(zhì),誘發(fā)機(jī)制是根源。應(yīng)該從根源上出發(fā),扼制熱致變形誘發(fā)機(jī)制和力致變形誘發(fā)機(jī)制,控制焊接變形。
　　 本文采用在常規(guī)攪拌摩擦焊的基礎(chǔ)上加入隨焊水冷裝置,調(diào)節(jié)焊接過程中的溫度場的方法,減小焊接過程中的殘余應(yīng)力和焊接變形,來達(dá)到控制焊接變形的目的。論文中COMSOL軟件對焊接溫度場做了數(shù)值模

3、擬,分析了不同的冷卻強(qiáng)度對接頭溫度場和焊接變形的影響。數(shù)值模擬結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果基本吻合。
　　 在數(shù)值模擬的基礎(chǔ)上,對2024薄板進(jìn)行了焊接試驗(yàn)。在冷卻水壓強(qiáng)為0.4MPa時,接頭上下表面殘余應(yīng)力差值低于36MPa,失穩(wěn)撓曲變形量最小,撓度小于1mm,扭曲度約1mm。然后,以此為基礎(chǔ),分布使用不銹鋼工作臺、超聲攪拌復(fù)合焊的方法,對2524薄板進(jìn)行了焊接試驗(yàn),試驗(yàn)結(jié)果表明不銹鋼焊臺有利于抑制熱致變形誘發(fā)機(jī)制,超聲攪拌復(fù)合焊有利與抑制

4、力致變形誘發(fā)機(jī)制。
　　 最后以2024長板為試驗(yàn)材料完成了鋁合金薄板攪拌摩擦焊焊接變形工藝對策驗(yàn)證試驗(yàn),驗(yàn)證其工藝可行性。在焊接變形小的前提下,對不同工藝參數(shù)下的接頭做了強(qiáng)度對比,發(fā)現(xiàn)當(dāng)冷卻水壓強(qiáng)為0.4MPa、攪拌頭轉(zhuǎn)速為2100r/min、焊接速度為120mm/min時,長板接頭的焊接變形最小,變形量小于2mm;焊縫成形與力學(xué)強(qiáng)度最佳,其拉伸強(qiáng)度超過母材的80％。
　　 本文認(rèn)為,在攪拌摩擦焊過程中,使用隨焊水冷等