论文部分内容阅读
搅拌摩擦焊作为一种新型固相连接技术，被广泛应用于轻合金的焊接中，但现有搅拌摩擦焊设备往往体积庞大，价格昂贵，极大限制了搅拌摩擦焊技术的应用范围。本课题以小型数字化铣床为基础设施，设计并制造出与之相配的搅拌头、垫板、夹具等装置，改装成体积小、质量轻的便携式搅拌摩擦焊机；通过1060铝合金薄板焊接工艺探索、搅拌头几何参数确定、拉伸测试、微观结构分析等方面，得出便携式搅拌摩擦焊机焊接1060铝合金薄板时较为合适的各项焊接参数，证明了便携式搅拌摩擦焊机的可行性，同时通过预热处理等措施焊接强度更高的6061铝合金薄板，扩展所焊板材的范围。结论如下：
①在使用便携式搅拌摩擦焊机焊接1.4mm厚度1060铝合金板材时发现，当轴肩直径在6mm以上时，前进阻力较大，焊机无法进行焊接实验；在使用5mm轴肩直径的搅拌头进行焊接时，焊接完成后发现部分焊缝表面光滑平整，但焊缝截面均有较大空腔出现，在主轴转速3000r/min，焊接速度300mm/min时，接头拉伸强度达到探究性实验中的最大值73.93MPa，为母材拉伸强度的56.10%。
②为了提高焊接质量，测试对比了四种不同几何参数搅拌头下1.4mm厚度1060铝合金薄板的接头性能，发现当使用5mm轴肩直径、轴肩无内凹、搅拌针呈锥台状、搅拌针根部直径为2mm、端部直径为1mm的搅拌头时，焊接质量较好。在主轴转速3000r/min，焊接速度300mm/min下，焊缝表面光滑平整，接头抗拉强度基本与母材相当，大部分断口位置出现在了母材，接头各区域硬度值均不低于母材区硬度值。
③为了扩展便携式搅拌摩擦焊机的应用范围，对1.4mm厚度6061铝合金进行预热处理，通过热电偶对垫板加热，传热至待焊工件上。测试对比了不预热、50℃预热、100℃预热三种温度状况下的接头性能。实验发现，当预热温度为100℃时，焊接质量较为稳定，接头平均抗拉强度达到222MPa，为母材抗拉强度的94%；随着预热温度的增加，焊缝截面出现的孔洞越小，但焊核区晶粒会越大；在不预热状态下，焊接接头各区域硬度值基本高于母材硬度值，在50℃及100℃预热状况下，焊接接头各区域硬度值基本低于母材硬度值。
实验结果表明，在合适的各项焊接参数下，便携式搅拌摩擦焊机可以对铝合金薄板进行焊接，同时通过预热处理，可以扩展其应用范围，使其能够焊接强度更高的合金。
①在使用便携式搅拌摩擦焊机焊接1.4mm厚度1060铝合金板材时发现，当轴肩直径在6mm以上时，前进阻力较大，焊机无法进行焊接实验；在使用5mm轴肩直径的搅拌头进行焊接时，焊接完成后发现部分焊缝表面光滑平整，但焊缝截面均有较大空腔出现，在主轴转速3000r/min，焊接速度300mm/min时，接头拉伸强度达到探究性实验中的最大值73.93MPa，为母材拉伸强度的56.10%。
②为了提高焊接质量，测试对比了四种不同几何参数搅拌头下1.4mm厚度1060铝合金薄板的接头性能，发现当使用5mm轴肩直径、轴肩无内凹、搅拌针呈锥台状、搅拌针根部直径为2mm、端部直径为1mm的搅拌头时，焊接质量较好。在主轴转速3000r/min，焊接速度300mm/min下，焊缝表面光滑平整，接头抗拉强度基本与母材相当，大部分断口位置出现在了母材，接头各区域硬度值均不低于母材区硬度值。
③为了扩展便携式搅拌摩擦焊机的应用范围，对1.4mm厚度6061铝合金进行预热处理，通过热电偶对垫板加热，传热至待焊工件上。测试对比了不预热、50℃预热、100℃预热三种温度状况下的接头性能。实验发现，当预热温度为100℃时，焊接质量较为稳定，接头平均抗拉强度达到222MPa，为母材抗拉强度的94%；随着预热温度的增加，焊缝截面出现的孔洞越小，但焊核区晶粒会越大；在不预热状态下，焊接接头各区域硬度值基本高于母材硬度值，在50℃及100℃预热状况下，焊接接头各区域硬度值基本低于母材硬度值。
实验结果表明，在合适的各项焊接参数下，便携式搅拌摩擦焊机可以对铝合金薄板进行焊接，同时通过预热处理，可以扩展其应用范围，使其能够焊接强度更高的合金。