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焊接学报 2015年第4期36卷 51-55,115-116页

作者：严超英邢丽黄永德柯黎明南昌航空大学轻合金加工科学与技术国防重点学科实验室南昌330063

采用不同端部形状的搅拌针对12 mm厚的6061-T4铝合金进行对接焊,观察了匙孔处不同横截面上焊缝形貌,分析了搅拌针端部形状变化对FSW接头根部金属流动行为的影响.结果表明,FSW焊缝区金属沿焊缝厚度方向上的迁移主要受搅拌针表面螺纹影响... 详细信息

采用不同端部形状的搅拌针对12 mm厚的6061-T4铝合金进行对接焊,观察了匙孔处不同横截面上焊缝形貌,分析了搅拌针端部形状变化对FSW接头根部金属流动行为的影响.结果表明,FSW焊缝区金属沿焊缝厚度方向上的迁移主要受搅拌针表面螺纹影响,而搅拌针端部锥度对接头根部金属的迁移的影响可分为两个方面,一是脱离螺纹作用的金属向下迁移,二是焊核区金属的向上迁移.搅拌针端面直径影响FSW接头未焊透厚度.随搅拌针端面直径增加,搅拌针可焊板材厚度增大.

关键词：搅拌针端部形状 FSW 流动行为未焊透

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搅拌针端部形状对FSW焊缝根部金属流动行为影响的研究

搅拌针端部形状对FSW焊缝根部金属流动行为影响的研究

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作者：严超英南昌航空大学

学位级别：硕士

搅拌摩擦焊过程中未焊透、吻接或包铝伸入等缺陷常出现在对接接头的根部,此类根部缺陷的形成与焊缝根部金属流动行为密切相关。本课题采用了标示材料法研究了焊缝根部金属的流动行为,并设计了三种搅拌针用以研究搅拌针端部形状对焊缝根... 详细信息

搅拌摩擦焊过程中未焊透、吻接或包铝伸入等缺陷常出现在对接接头的根部,此类根部缺陷的形成与焊缝根部金属流动行为密切相关。本课题采用了标示材料法研究了焊缝根部金属的流动行为,并设计了三种搅拌针用以研究搅拌针端部形状对焊缝根部金属流动行为的影响。另外,通过调节软性约束厚度和焊接工艺参数,分析这些因素对焊缝根部金属流动行为的影响规律。研究结果表明:焊缝根部金属有三种的迁移形式:一是主动向下迁移,脱离搅拌针螺纹作用的金属具有一定的初速度,会继续向下迁移;二是挤压迁移,挤压迁移分脱离螺纹的金属和搅拌针端部挤压焊缝根部金属两种形式;三是摩擦迁移,焊缝根部金属在搅拌针提供的摩擦力下迁移,而摩擦造成的迁移属于层流。基于焊缝根部金属的三种流动形式,分别建立了相应的流动物理模型,即穿透流动物理模型、摩擦流动物理模型和挤压流动物理模型。由三种流动物理模型可知,随脱离搅拌针表面螺纹束缚金属的初速度、焊接速度或旋转速度的增加,以及搅拌针端部锥度或端面直径的增加,焊缝根部金属流动速度增加,搅拌针可焊透的板厚也增加。随搅拌针端部锥度增加,脱离螺纹作用的金属向下迁移距离的增加,而焊核区金属的挤压向上迁移距离减小。随搅拌针端面直径增加,搅拌针端面作用区厚度增加,搅拌针可焊板材厚度增大。软性约束厚度和焊接工艺参数均会影响脱离螺纹束缚的金属的初始状态。随软性约束厚度的增加,搅拌针旋转一周迁移下来的金属体积减少,搅拌区深度减小,且紊流区更易出现了疏松孔洞缺陷。焊接工艺参数同时影响螺纹作用向下迁移的金属量和脱离搅拌针时的速度。随旋转速度增加,搅拌针旋转一周迁移下来的金属体积减少,脱离螺纹作用的金属的初速度增加,焊缝根部包铝伸入高度先增加后减小,而未焊透深度先减小后增加;随焊接速度的增加,搅拌针旋转一周迁移下来的金属体积先增加后减少,包铝伸入高度也先增加后减小,而未焊透深度逐渐增加。

关键词： FSW 搅拌针端部形状流动行为物理模型软性约束层

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Al-Ni梯度复合材料的层间调控及组织性能研究

Al-Ni梯度复合材料的层间调控及组织性能研究

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作者：黄硕文南昌航空大学

学位级别：硕士

本文在前期搅拌摩擦加工原位合成IMC/Al成形工艺和组织调控研究的基础上,以FSAM制备Al-Ni梯度复合材料为目的,通过改变搅拌针端部形状的方式对梯度复合材料成形及其层间组织结构进行了调控,并建立了相关的物理模型。此外,把握了Al-Ni梯... 详细信息

本文在前期搅拌摩擦加工原位合成IMC/Al成形工艺和组织调控研究的基础上,以FSAM制备Al-Ni梯度复合材料为目的,通过改变搅拌针端部形状的方式对梯度复合材料成形及其层间组织结构进行了调控,并建立了相关的物理模型。此外,把握了Al-Ni梯度复合材料的组织演化及性能变化规律。研究结果表明,针端部带渐开线的形状能显著提高搅拌针额外的剪切力和摩擦力;端部带内凹形状的搅拌针主要增大了金属向下的驱动力。平面形、渐开线形、内凹渐开线形的搅拌针端部形状对梯度复合区塑性金属流动的调控方式可分为:挤压流动、辐射扩散流动、辐射挤压流。搅拌针端部处的塑性金属迁移方式可分为惯性脱离迁移、摩擦挤压迁移、挤压辐射绕流迁移等方式。针端部形状为渐开线时,制备的Al-Ni梯度复合材料为准梯度材料。相同增强相含量组成的复合区具有一定的宽度,只有在相邻层间存在浓度梯度,且相邻层的重叠区域的增强体含量介于两层含量之间,从而起到了衔接和过渡的作用。Al-Ni梯度复合材料底部梯度层复合区中心硬度值可达157HV,且前进边硬度比返回边高;中心梯度层的复合区硬度值比其他层次低,平均值约为109HV;顶层的复合区中心区及其附近的显微硬度约为124HV,且低于其两侧;各梯度层有效复合区两侧硬度随层次的增加而增加。制备的Al-Ni梯度复合材料各梯度层的抗拉强度、摩擦系数和磨损率呈现准梯度变化。底层、中心层、顶层对应的抗拉强度与原始复合材料相比较分别提高了8.0%、9.2%、10.9%;梯度复合材料整体的抗拉强度为310MPa,相当于2024-T4态铝合金母材抗拉强度的62.5%,延伸率比母材约提高了12.6%。Al-Ni梯度复合材料磨损机理主要是磨粒磨损。各梯度层界面膜均存在较完整的润滑膜,犁沟平行整齐,凹坑量少且存在大量的塑性变形。随增强相含量增多,润滑膜和磨屑出现的裂纹数量增加,润滑膜变得疏松,梯度层氧化程度加重,且磨屑为致密堆叠的层状结构。此外,原始复合材料和梯度层的摩擦系数与磨损率呈准梯度下降,且同一体积分数下,梯度层比对应的原始复合材料磨损率小;底层、中心层、顶层磨损率分别约为母材摩损率的93%、85%、80%。

关键词：搅拌摩擦增材制造搅拌针端部形状层间调控组织性能

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