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焊接条件对FSW温度场分布规律及接头成形质量的影响

作　者: 孙瑞成
导　师: 于金库；付瑞东
学　校: 燕山大学
专　业: 材料学
关键词: 搅拌摩擦焊焊接温度场 7050高强铝合金硬度缺陷
分类号: TG453.9
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

本文针对6mm厚7050铝合金板材,采用数控搅拌摩擦焊专用设备,进行空气、热水和冷水三种条件下,正转和反转工艺的焊接试验。使用八通道温度采集系统对反转时三种工艺条件下的焊接温度场进行测量;使用维氏硬度计对其显微硬度的分布进行测试,并结合温度场测试和第二相粒子溶解析出温度的DSC分析结果,深入分析显微硬度的分布规律与第二相粒子分布规律的关系。此外,对空气和冷水中使用正、反转焊接后的焊缝进行金相观察及焊缝成形质量分析。温度场测试结果表明:在不同的冷却条件下,各特征点的温度都经历了“升温—峰值—冷却”的温度变化过程。横向分布的特征点距焊缝中心越远,温度越低,到达峰值温度所用时间越长,整体上呈中间高两端低的分布特征。在空气和冷水中焊接时,各特征点的升温速率高于降温速率,热水中焊接时,升温和降温速率几乎相同;此外,热水中焊接时的升温速率要高于空气中焊接时的升温速率,冷水中焊接时最低;降温速率方面,热水中焊接大于冷水,空气中最低;焊接行进速度不变,在冷水中焊接时,随着主轴旋转速度的提高,峰值温度逐渐上升,在空气和热水中焊接,当旋转速度提高到800r/min时,温度出现下降趋势。硬度测试结果表明:焊缝的硬度值既受到强化相尺寸大小及其分布的影响,也与焊缝晶粒尺寸大小相关,但强化相对硬度值的分布起主要的作用。焊缝成形质量分析表明:焊接压力过大,会在焊缝表面形成飞边。如果焊接压力不足,焊缝底部会形成未焊透,内部会产生孔洞缺陷;当主轴处于高转速、低行进速度或低转速、高行进速度等极限条件时,都容易出现焊缝缺陷;搅拌头反转时焊缝成形质量优于正转。水下焊接时焊缝成形质量优于空气中。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-11
第1章绪论  11-25
  1.1 选题背景  11-12
  1.2 搅拌摩擦焊接的原理及发展概况  12-19
    1.2.1 搅拌摩擦焊接原理  12-13
    1.2.2 搅拌摩擦焊的优缺点  13-16
    1.2.3 国内外搅拌摩擦焊技术的发展概况  16-19
  1.3 铝合金搅拌摩擦焊焊接热循环研究  19-22
    1.3.1 国内研究概况  20-21
    1.3.2 国外研究概况  21-22
  1.4 铝合金搅拌摩擦焊焊缝缺陷研究  22-24
    1.4.1 国内研究概况  22-23
    1.4.2 国外研究概况  23-24
  1.5 本论文主要研究内容及意义  24-25
第2章试验材料及试验方法  25-31
  2.1 试验材料和焊接设备  25-27
    2.1.1 试验用铝合金材料  25
    2.1.2 FSW-3LM-2010 数控搅拌摩擦焊设备  25-26
    2.1.3 试验用搅拌头  26-27
  2.2 试验方法  27-31
    2.2.1 焊接试验  27-28
    2.2.2 温度场的测量  28-29
    2.2.3 金相试验  29
    2.2.4 硬度试验  29
    2.2.5 差示扫描量热(DSC)分析  29-31
第3章温度场的分布规律及对性能的影响  31-63
  3.1 空气中焊接温度场的分布规律  31-37
    3.1.1 各参数下的焊接热循环  31-33
    3.1.2 升温和降温速率  33-34
    3.1.3 焊缝横向温度分布规律  34-36
    3.1.4 前进侧和后退侧峰值温度的比较  36-37
  3.2 冷水中焊接温度场的分布规律  37-41
    3.2.1 冷水中的焊接热循环  37-38
    3.2.2 升温和降温速率  38-39
    3.2.3 焊缝横向温度分布规律  39-40
    3.2.4 前进侧和后退侧峰值温度的比较  40-41
  3.3 热水中焊接温度场的分布规律  41-46
    3.3.1 热水中的焊接热循环  41-42
    3.3.2 升温和降温速率  42-43
    3.3.3 焊缝横向温度分布规律  43-45
    3.3.4 前进侧和后退侧峰值温度的比较  45-46
  3.4 三种控冷条件下温度场分布规律的异同  46-51
    3.4.1 升温和降温速率的不同  46-49
    3.4.2 峰值温度的不同  49-51
  3.5 焊缝截面的硬度分布规律  51-61
    3.5.1 350r/min 时的硬度分布  52-56
    3.5.2 600r/min 时的硬度分布  56-58
    3.5.3 800r/min 时的硬度分布  58-59
    3.5.4 三种冷却条件不同转速下硬度分布规律  59-61
  3.6 本章小结  61-63
第4章 FSW 焊接接头成形质量分析  63-77
  4.1 下压量对焊缝成形的影响  63-65
    4.1.1 下压量不足造成的未焊透和孔洞  64
    4.1.2 下压量对飞边的影响  64-65
  4.2 钻入时停留时间对焊缝成形的影响  65-67
  4.3 搅拌头正反转对成形质量的影响  67-68
  4.4 行进速度(ν)及旋转速度(ω)对焊缝成形的影响  68-73
    4.4.1 空气中正转对焊缝成形的影响  68-70
    4.4.2 空气中反转对焊缝成形的影响  70-72
    4.4.3 水下正转对焊缝成形的影响  72-73
    4.4.4 水下反转对焊缝成形的影响  73
  4.5 焊缝缺陷形成原因分析  73-75
  4.6 本章小结  75-77
结论  77-79
参考文献  79-84
攻读硕士期间承担的科研任务与主要成果  84-85
致谢  85-86
作者简介  86

焊接条件对FSW温度场分布规律及接头成形质量的影响

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