鋁合金超聲輔助攪拌摩擦焊溫度場模擬及工藝研究.pdf

1、隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，鋁合金在航空航天、軍事、民用等領(lǐng)域應(yīng)用愈加廣泛，攪拌摩擦焊(FSW)作為固相連接技術(shù)，因能有效避免裂紋、氣孔等缺陷而成為鋁合金板焊接的首選工藝。但攪拌摩擦焊也存在著一定的局限性，本文在鋁合金攪拌摩擦焊的基礎(chǔ)上將超聲波導(dǎo)入焊接過程，即超聲輔助攪拌摩擦焊（UAFSW），研究超聲波的助焊效應(yīng)。
　　首先采用Ansys有限元軟件建立了2024-T4鋁合金三維攪拌摩擦焊和20kHz、25kHz的超聲輔助攪拌摩擦焊模型，分

2、析了在同樣焊接速度和轉(zhuǎn)速條件下，F(xiàn)SW以及20kHz、25kHz的UAFSW溫度場分布，并進(jìn)行了對比，發(fā)現(xiàn)超聲的導(dǎo)入能降低焊接過程中焊縫成型的溫度，20kHz的UAFSW峰值溫度比FSW低，而25kHz的UAFSW峰值溫度又比20kHz的稍低，并用紅外熱像儀對整個(gè)焊接過程進(jìn)行了測量，驗(yàn)證了模型的正確性。
　　實(shí)驗(yàn)采用1.8mm2024-T4鋁合金薄板進(jìn)行了FSW和UAFSW實(shí)驗(yàn)，通過大量系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)摸索出鋁合金薄板的較佳FSW和20

3、kHz、25kHz的UAFSW焊接工藝參數(shù)范圍。做了相應(yīng)的對比分析實(shí)驗(yàn)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)FSW焊縫表面宏微觀形貌與UAFSW焊縫表面宏微觀形貌有明顯區(qū)別，后者比前者更加規(guī)則平整，紋理也更加清晰;UAFSW接頭性能要優(yōu)于FSW，而25kHz的UAFSW接頭性能又要優(yōu)于20kHz的UAFSW接頭。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示在較佳的同等焊接參數(shù)下20kHz的UAFSW接頭平均抗拉強(qiáng)度比FSW的高20Mpa左右，而25kHz的UAFSW比20kHz的UAFSW高5M

4、pa左右，且25kHz的接頭延伸率也最好，硬度最高。在焊后三天內(nèi)，UAFSW接頭較FSW接頭活潑，耐蝕性稍遜;隨著時(shí)間的推移，耐腐蝕性差異逐漸消失，在焊后15天左右趨于一致。金相顯微組織顯示25kHz的UAFSW接頭焊核區(qū)晶粒最為細(xì)小，組織均勻，硬度最高，20kHz的稍遜，F(xiàn)SW接頭焊核區(qū)晶粒相對最粗大，硬度最低。
　　由以上實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以認(rèn)為超聲的導(dǎo)入對焊縫起到了一定的積極作用，能增強(qiáng)攪拌頭周圍金屬流動(dòng)性，降低摩擦阻力，抑制缺陷的