攪拌摩擦焊隔熱攪拌頭研究.pdf

1、攪拌摩擦焊是一種焊接過程中被焊材料不發(fā)生熔化的固相焊接技術(shù)，具有能量利用率高、焊接過程不產(chǎn)生有害氣體、不產(chǎn)生廢料等優(yōu)點(diǎn)，并解決了傳統(tǒng)熔焊易產(chǎn)生焊接缺陷、焊接接頭強(qiáng)度低等缺點(diǎn)，其尤其適合用于焊接如鋁合金、鎂合金等硬度及熔點(diǎn)較低的金屬。目前針對(duì)攪拌摩擦焊的研究主要集中在焊接工藝參數(shù)的優(yōu)化設(shè)計(jì)、攪拌頭設(shè)計(jì)、焊接過程中材料流動(dòng)機(jī)理、產(chǎn)熱機(jī)理，以及其對(duì)被焊材料組織和性能的影響等方面。本文利用實(shí)驗(yàn)和計(jì)算機(jī)模擬相結(jié)合的方式研究攪拌摩擦焊接過程中攪拌頭

2、向主軸方向的傳熱，設(shè)計(jì)制作隔熱攪拌摩擦焊接攪拌頭，減少焊接過程中攪拌頭向主軸的傳熱，降低主軸溫度，同時(shí)減少焊接時(shí)的熱損耗，提高焊接熱效率。
　　本文借助有限元數(shù)值模擬，設(shè)計(jì)了一種有利于減少傳熱的新型攪拌頭結(jié)構(gòu)，并采用等離子噴涂法對(duì)攪拌頭夾持柄部位噴涂Y2O3穩(wěn)定的ZrO2熱障涂層減少其向主軸方向傳熱，分別使用常規(guī)攪拌頭和本研究所設(shè)計(jì)的隔熱攪拌頭對(duì)5mm厚6061-T6鋁合金板進(jìn)行焊接實(shí)驗(yàn)，測(cè)量焊接過程中攪拌頭、機(jī)床主軸以及焊接試板

3、的溫度場(chǎng)，研究隔熱攪拌頭的隔熱效果并計(jì)算焊接熱效率。
　　實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在攪拌頭旋轉(zhuǎn)速度800r/min，焊接速度30mm/min的情況下，使用常規(guī)攪拌頭焊接主軸外表面穩(wěn)態(tài)溫度最高為82.8℃，使用隔熱攪拌頭最高為43.1℃，溫度降低顯著，有限元數(shù)值模擬結(jié)果表明，在以上條件下，使用常規(guī)攪拌頭焊接向主軸方向傳熱功率為88.4W，使用隔熱攪拌頭傳熱功率42.2W，傳熱量減少逾50％;在攪拌頭旋轉(zhuǎn)速度800r/min，焊接速度200mm

4、/min的情況下，使用常規(guī)攪拌頭焊接焊核區(qū)最高溫度約430℃，使用隔熱攪拌頭焊核區(qū)最高溫度約460℃，溫度提升30℃左右，使用常規(guī)攪拌頭向上傳熱功率84.8W，使用隔熱攪拌頭向上傳熱功率43.3W，此時(shí)常規(guī)攪拌頭焊接熱效率為92.2％，隔熱攪拌頭熱效率為96.0％，熱效率提升3.8％。
　　本文還通過有限元模擬對(duì)將隔熱攪拌頭設(shè)計(jì)用于鋼材焊接時(shí)可能產(chǎn)生的效果做了初步探討，模擬結(jié)果認(rèn)為攪拌頭隔熱可使鋼材攪拌摩擦焊主軸溫度大幅下降，使其