攪拌針形貌和溫度場對厚板鋁合金FSW焊縫金屬流動的影響.pdf

1、本文采用6種不同形貌的攪拌針和添加輔助熱源的方式對20mm厚的2024-T4鋁合金板材進行攪拌摩擦焊試驗。通過改變攪拌針形貌研究其對焊接時接頭溫度的影響，并測量了焊核區(qū)的形狀尺寸，分析了不同攪拌針形貌對焊縫塑性金屬流動行為的影響；利用有限元分析軟件ANSYS對不同初始溫度下的焊縫溫度場進行模擬，探討了溫度場的變化規(guī)律以及其對焊縫金屬流動的影響。為優(yōu)化攪拌針的設計和厚板鋁合金的焊接提供理論參考。
　　研究結果表明：攪拌摩擦焊焊接20

2、mm厚2024鋁合金時，合適的焊接工藝參數(shù)范圍較小。焊接熱輸入對厚板鋁合金材料的成形有較大影響，在旋轉速度為375r/min、焊接速度為37.5mm/min時，可獲得無缺陷的焊接接頭。
　　攪拌針形貌對塑性金屬流動有很大影響。在攪拌針錐度為25°至15°范圍內(nèi)，減小攪拌針基體錐度對焊縫金屬充分流動有促進作用。當錐度減小至15°時，攪拌針表面螺紋對塑性金屬的驅(qū)動力減?。坏珨嚢栳樁瞬恐睆皆龃?、摩擦面積增加、產(chǎn)熱增加，致使接頭底部高溫區(qū)

3、變寬、焊縫中塑化的金屬量以及攪拌針所攜帶的金屬量增多，從而焊核區(qū)塑性金屬擠壓作用增加。宏觀表現(xiàn)為焊核高度、寬度和面積都增大。
　　多頭螺紋攪拌針會增強焊縫塑性金屬的流動。相比單頭和雙頭螺紋，3頭螺紋攪拌針的金屬流動通道更多，焊縫塑性金屬在軸向方向上的抽吸擠壓作用增強，攪拌針端部脫離的高溫金屬量增多；但焊核周圍母材金屬的溫度未隨螺紋頭數(shù)的增減而變化，即焊核金屬周圍母材的抗變形能力相同。因此隨金屬量的增加，焊核區(qū)金屬向焊縫表層擴張趨勢

4、增強，焊縫中的孔洞及疏松等焊接缺陷減少。
　　采用合適的輔熱溫度對2024-T4鋁合金進行焊接，可改善焊縫的孔洞缺陷，獲得無缺陷的焊接接頭。當輔助熱源溫度為40℃時，2024-T4鋁合金焊縫整體溫度升高，高溫區(qū)變寬，金屬軟化程度提升，塑化金屬量增多，攪拌針向焊縫底部抽吸的金屬量增加，使焊核區(qū)金屬橫向擠壓力增強，阻力減弱；焊縫中“抽吸擠壓”作用增強，塑性金屬會更趨向于在橫向方向流動，向上流動動能減小。宏觀表現(xiàn)為焊核區(qū)的面積、寬度和高