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西北林学院学报 2019年第5期34卷 231-239页

作者：朱旭东薛莹莹张苏俊沈杰高颖扬州工业职业技术学院江苏扬州225100 北京林业大学北京100083

选取国产落叶松作为木榫旋转焊接基材,采用氯化铜浸渍桦木木榫,分析焊接时间和氯化铜处理对焊接性能的影响机制。结果表明:1)未处理试验组焊接时间3s的试件抗拉拔力平均值分别高于5s和7s试件28.33%、87.12%;氯化铜浸渍处理试验组焊接时... 详细信息

选取国产落叶松作为木榫旋转焊接基材,采用氯化铜浸渍桦木木榫,分析焊接时间和氯化铜处理对焊接性能的影响机制。结果表明:1)未处理试验组焊接时间3s的试件抗拉拔力平均值分别高于5s和7s试件28.33%、87.12%;氯化铜浸渍处理试验组焊接时间3s的试件抗拉拔力平均值分别高于5s和7s试件61.06%、130.49%;同样的焊接时间条件下,氯化铜浸渍处理试验组焊接时间3s比未处理试验组高68.28%,焊接时间5s高34.08%,焊接时间7s高36.62%。2)未处理试验组不同焊接时间界面最高温度和深度之间均符合线性关系,氯化铜浸渍处理试验组焊接界面最高温度低于未处理焊接界面。3)采用FTIR对未处理木榫与界面、氯化铜浸渍处理木榫与界面的对比分析,发现桦木圆棒榫在经过氯化铜浸渍处理后可能发生了半纤维素和纤维素的酸水解,半纤维素、无定型物质等在焊接过程中均发生了热解,同时有大量物质氧化形成C-O和C=O,随着焊接时间的延长,木材组分的热解程度增加。木榫旋转焊接的机理是焊接过程中半纤维素和无定型物质热解熔融并包覆纤维形成焊接界面层。氯化铜浸渍处理的增强机制为氯化铜浸渍处理可能引起半纤维素和纤维素的酸水解,促进焊接过程中木材组分的解聚、热解形成熔融物质。

关键词：焊接时间氯化铜处理旋转焊接抗拉拔力焊接机制木榫焊接

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铝/不锈钢搅拌摩擦搭接焊及加中间层锌的钎搭接研究

铝/不锈钢搅拌摩擦搭接焊及加中间层锌的钎搭接研究

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作者：郑其贤南京航空航天大学

学位级别：硕士

本文利用搅拌摩擦焊接技术,实现铝合金与不锈钢的良好搭接。实验主要分为两大类,第一类是实现2mm的2A70铝合金板与2mm的316不锈钢板的搅拌摩擦搭接,第二类是在2mm的2A70铝合金板和2mm的316不锈钢板之间加入0.1mm和0.3mm的锌层实现“三... 详细信息

本文利用搅拌摩擦焊接技术,实现铝合金与不锈钢的良好搭接。实验主要分为两大类,第一类是实现2mm的2A70铝合金板与2mm的316不锈钢板的搅拌摩擦搭接,第二类是在2mm的2A70铝合金板和2mm的316不锈钢板之间加入0.1mm和0.3mm的锌层实现“三明治”的焊接结构达到连接铝合金与不锈钢的目的。在进行铝/钢搅拌摩擦搭接时,研究了焊接工艺参数对焊缝表面形貌的影响规律,在此基础上选取合适的参数着重研究了搅拌头下压量对焊缝横截面形貌、微观结构的影响并论述了焊接过程中的材料流动行为。由于搅拌针扎入不锈钢,铝合金侧有不锈钢颗粒存在,焊缝界面也存在Hook钩并起到对焊缝机械互锁的作用。焊后通过扫描电镜观察发现焊缝界面存在中间层,且中间层厚度与焊接热输入呈正相关。经过X射线衍射仪的物相分析确定中间层成分主要为Fe2Al5。通过力学性能检测发现在焊接参数:n=1200r/min,v=40mm/min,d=0.3mm下取得最大的剪切强度。金属间化合物层是焊缝的薄弱环节。对焊缝横截面硬度进行的测试表面,铝合金不同区域的晶粒尺寸不同造成各个区域硬度不同。靠近表面的铝合金硬度最高。而不锈钢在靠近焊缝界面处取得了最高的硬度。因铝合金与不锈钢的搅拌摩擦搭接焊无法避免Al-Fe金属间化合物层的形成,为了解决这一问题同时提高焊缝强度,本研究选择在铝合金与不锈钢之间添加锌层。本研究在恒定的焊接速度(40mm/min)与搅拌头旋转速度(1200r/min)下设置了两大变量,即锌层的厚度与搅拌针是否扎入不锈钢。实验发现搅拌针不扎入锌层的情况下焊接强度很低。在调整了焊接参数之后对焊接过程温度场的监测表明焊接过程中的锌层均发生了熔化。对不同焊接参数下的焊缝横截面的形貌进行了分析,发现随着锌层变厚焊缝横截面形成了大量的铝锌层混结构,搅拌针扎入不锈钢有不锈钢颗粒穿过熔化的锌层溶进铝合金中。锌在铝合金侧的分布说明焊接过程中的流动性良好,在利用扫描电镜对焊缝界面进行观察时并未观察到中间层的生成。利用X射线衍射仪发现了焊缝中数种固溶体的存在。在对焊缝进行的力学测试表明在应用了0.3mm厚的锌层,搅拌针扎入不锈钢0.1mm时取得的焊缝强度最大。最终研究表明通过向铝合金与不锈钢之间加入锌层有效避免了金属间化合物层的生成且有效提高了焊缝剪切强度。

关键词：搅拌摩擦焊铝/钢搭接加锌层接头性能焊接机制

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304不锈钢薄板的搅拌摩擦搭接焊及其接头组织性能研究

304不锈钢薄板的搅拌摩擦搭接焊及其接头组织性能研究

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作者：郭锐南京航空航天大学

学位级别：硕士

本文利用搅拌摩擦焊接技术,实现了不锈钢薄板之间的良好搭接。实验主要分为两大类,第一类是实现1mm厚的304不锈钢薄板之间的搅拌摩擦搭接,第二类是在0.5mm厚的304不锈钢板之间加入一定厚度的锡层增大扩散接触面积,促进元素的扩散溶解,... 详细信息

本文利用搅拌摩擦焊接技术,实现了不锈钢薄板之间的良好搭接。实验主要分为两大类,第一类是实现1mm厚的304不锈钢薄板之间的搅拌摩擦搭接,第二类是在0.5mm厚的304不锈钢板之间加入一定厚度的锡层增大扩散接触面积,促进元素的扩散溶解,提升焊接接头的力学性能。在进行1mm厚不锈钢薄板搅拌摩擦搭接时探索了不同工艺条件下焊缝表面形貌,板材变形情况以及搅拌头磨损情况。而后在大量前期探究性实验的基础上,着重选取了不同焊接速度对焊接结果的影响。由于板材较薄,工艺参数窗口可选择较窄。最终重点分析最优参数条件下分析焊接接头横截面形貌、结构并阐述了焊接过程中材料的流动行为。当焊接参数为v=50mm/min,n=1200mm/min,d=0.1mm时取得的焊接接头性能最佳,表面成形性良好。焊接过程中焊核区的不锈钢在热循环和机械搅拌的作用下晶粒发生回复再结晶并形成细小的等轴晶粒。靠近表面的不锈钢晶粒由于机械搅拌更为剧烈,散热条件好等原因要更为细小。晶粒的细化使得焊核区的材料硬度高于母材。由于在焊接过程中后腿侧向前进侧转移塑化金属的能力较弱,使得前进侧存在力学性能薄弱区域。剪切测试的拉伸试样所有的失效部位都位于前进侧。在1mm厚不锈钢搅拌摩擦焊研究基础上发现,搅拌摩擦焊可适用于不锈钢薄板的焊接,但是对于0.5mm不锈钢薄板来说,由于板材更薄,为了减小焊接变形,选择短针搅拌头在不扎入下层板的情况下进行焊接,为了进一步提高接头强度,向不锈钢薄板之间加入锡层以提高接头强度。本研究在恒定搅拌头转速(1200r/min)和恒定下压量(0.1mm)情况下探究不同焊接速度对搭接接头形貌、中间层元素扩散以及接头力学性能的影响。实验发现,在焊接速度较慢时,焊接热输入充足,元素扩散较为充分。随着焊接速度的提升,焊接热输入减小,中间层与界面之间出现明显缺陷。在焊接过程中锡层熔化并发生基体与中间层元素相互扩散溶解的现象,相较于不加中间层锡的薄板搭接,液相的锡层促进了元素的扩散与溶解。对于加锡层的不锈钢薄板搭接,在后续的剪切实验中,在焊接参数为v=30mm/min,n=1200r/min,d=0.1mm时试样发生韧性断裂,随着焊接速度的提高,断裂方式由韧性断裂逐渐过渡为脆性断裂。而且相较于不加锡层的搭接接头,同等焊接参数下,加入锡层以后的搭接接头的力学性能得到了极大的提升。最终研究表明通过向不锈钢薄板之间加入锡层促进了元素的扩散与溶解,有效的增强了接头强度。

关键词：搅拌摩擦焊不锈钢薄板搭接锡层接头性能焊接机制

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铝/钢异种金属搅拌摩擦焊工艺及连接机制研究

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作者：徐海升南京航空航天大学

学位级别：硕士

本文采用搅拌摩擦焊技术,对厚度为4mm的5A06铝合金和厚度为2mm的316L不锈钢进行了搭接和对接焊接试验。针对普通对接接头容易出现的缺陷,引入了基于“差高-偏置”原理的改进型搅拌摩擦对接接头新型式,设计了铣削式圆柱状组合式搅拌头成... 详细信息

本文采用搅拌摩擦焊技术,对厚度为4mm的5A06铝合金和厚度为2mm的316L不锈钢进行了搭接和对接焊接试验。针对普通对接接头容易出现的缺陷,引入了基于“差高-偏置”原理的改进型搅拌摩擦对接接头新型式,设计了铣削式圆柱状组合式搅拌头成功的对铝/钢异种金属进行了焊接。该改进型对接接头能够得到完整的铝/钢异种金属焊接接头,避免了普通对接接头中容易出现的焊接界面根部未焊透的缺陷,消除了焊接界面根部的Hook钩,同时也能降低搅拌头的磨损,增加了搅拌头的使用寿命。焊后,通过OM、SEM、XRD和拉伸试验,显微硬度等方法对焊缝组织和性能进行了分析。在铝/钢搭接焊接时,采用铝合金板上置方式,在合理的焊接工艺规范条件下,能够获得完整的铝/钢搅拌摩擦焊接接头。在铝/钢搭接焊接时,在焊接工艺规范为n=1200r/min,v=60mm/min,△h=0.3mm时能够获得质量较好的焊接搭接接头,搭接接头的抗剪切力为6.71KN。此时,焊缝表面光滑,焊缝界面处有良好的结合,焊缝中没有孔洞等缺陷;焊核区界面处有较小的Hook钩,在搭接接头中形成了机械互锁结构,有利于搭接接头的连接。断口呈现出解理-韧窝复合断口形貌。采用铝/钢改进型对接接头进行对接焊接时,当在焊接规范为n=1500r/min,v=90mm/min,T=0.3mm时能够获得质量最好的焊接接头,接头强度达到了293MPa。由于改进型对接接头比较有效的控制了焊接过程中的热量,所以在界面处没有出现金属熔化现象,避免产生较多的金属间化合物。界面处形成厚度<3μm的界面扩散层,实现了铝/钢异种金属的冶金结合。在搅拌针的热-机械耦合作用下,焊缝中的塑性材料形成了良好的塑性流动,有焊缝中下部的环形流动和焊缝表面的水平流动。由于改进型的对接接头中搅拌针的微过量扎入,避免了焊缝根部容易出现的Hook钩,从而避免了焊缝中的应力集中现象,提高了焊缝的性能,使焊缝断口形貌呈现典型的韧性-解理复合断口形貌,以韧性断裂为主。

关键词：搅拌摩擦焊铝/钢异种金属差高-偏置接头性能焊接机制

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