鋼的輔助熱源攪拌摩擦焊工藝及溫度場檢測與模擬.pdf

1、攪拌摩擦焊接(FSW)技術(shù)是近年來發(fā)展迅速、研究面廣的一種固相連接技術(shù)。與傳統(tǒng)的焊接方法相比，其具有高效節(jié)能、產(chǎn)品質(zhì)量好和環(huán)保無污染等優(yōu)點(diǎn)。經(jīng)過二十幾年的努力，F(xiàn)SW技術(shù)已經(jīng)成功應(yīng)用于鋁及鋁合金的商業(yè)化生產(chǎn)。盡管到目前為止，有關(guān)攪拌摩擦焊技術(shù)的大量研究都是關(guān)于鋁及鋁合金的連接，但研究人員也希望能將此技術(shù)推廣到鋼及其它高熔點(diǎn)材料的連接中。在鋼的FSW中，使用合適的工藝參數(shù)能得到滿意的焊縫。選用適當(dāng)材料和形狀的攪拌頭后，鋼輔助熱源FSW的關(guān)

2、鍵是如何選取恰當(dāng)?shù)暮附庸に噮?shù)。因此，探索焊接工藝并研究其斷口形貌、接頭顯微組織、接頭顯微硬度和主元素擴(kuò)散對于Q235A輔助熱源FSW具有重要意義。而大量實(shí)驗(yàn)表明，攪拌摩擦焊接(FSW)溫度的分布會直接影響到焊縫的質(zhì)量。因此，研究低碳鋼攪拌摩擦焊過程中焊接溫度場的變化對于選擇和優(yōu)化焊接工藝參數(shù)具有重要意義。
　　本課題采用耐高溫硬質(zhì)合金攪拌頭，對4mm厚Q235A進(jìn)行輔助熱源攪拌摩擦焊，可得到完整的焊接接頭。焊核區(qū)金屬發(fā)生了動態(tài)再

3、結(jié)晶，微觀組織均勻細(xì)小，力學(xué)性能優(yōu)良。當(dāng)焊接工藝參數(shù)匹配合理時，接頭抗拉強(qiáng)度最高可達(dá)332.19MPa。分析焊接接頭斷口形貌，其橫截面分成了三層，上部為韌性斷裂;中部為韌性斷裂和脆性斷裂結(jié)合的方式;下部以脆性斷裂為主，局部存在韌性斷裂。觀察焊接接頭微觀組織，發(fā)現(xiàn)熱影響區(qū)組織均有所長大;熱機(jī)影響區(qū)組織中鐵素體長大并被拉長，珠光體變大;焊核區(qū)組織為細(xì)小的鐵素體和珠光體。進(jìn)行顯微硬度測量，發(fā)現(xiàn)焊核區(qū)的顯微硬度與母材相比平均提高了12％;熱機(jī)影

4、響區(qū)和熱影響區(qū)的顯微硬度與母材相比有所下降。對接頭橫截面進(jìn)行主元素(C、Fe、O、Co和W)線掃描分析，發(fā)現(xiàn)接頭不同區(qū)域元素的擴(kuò)散情況不同。
　　本課題在實(shí)驗(yàn)測溫的基礎(chǔ)上，用有限元軟件ANSYS模擬分析攪拌摩擦焊過程進(jìn)入準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)時各特征點(diǎn)溫度的變化規(guī)律，發(fā)現(xiàn)在與焊合面垂直方向上和焊件厚度方向上各特征點(diǎn)溫度歷時變化趨勢與實(shí)驗(yàn)測得情況基本相符，驗(yàn)證了熱源模型的準(zhǔn)確性。最后對鋼的輔助熱源FSW過程溫度場進(jìn)行模擬，發(fā)現(xiàn)焊接過程中溫度分布呈前