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钢的热源辅助搅拌摩擦焊装备与工艺研究

钢的热源辅助搅拌摩擦焊装备与工艺研究

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作者：周春东南京理工大学

学位级别：硕士

针对钢等高强度、高熔点材料难以直接实现搅拌摩擦焊、搅拌头易磨损等问题,本文设计了薄钢板专用搅拌头和热源辅助搅拌摩擦焊装置,研究了工艺参数对薄板Q235钢和304不锈钢热源辅助搅拌摩擦焊工艺成形、组织、显微硬度、力学性能的影响规... 详细信息

针对钢等高强度、高熔点材料难以直接实现搅拌摩擦焊、搅拌头易磨损等问题,本文设计了薄钢板专用搅拌头和热源辅助搅拌摩擦焊装置,研究了工艺参数对薄板Q235钢和304不锈钢热源辅助搅拌摩擦焊工艺成形、组织、显微硬度、力学性能的影响规律,分析了断口形貌与断裂机制,揭示了强化组织形成与增强机理。通过对Q235和304不锈钢焊缝表面成形评级研究发现,一般情况下,转速和焊接电流增加或焊速降低,表面飞边金属堆积量和匙孔前熔化凝固金属量增加,反之减少。转速过高或过低,匙孔前侧熔化凝固金属量变化不明显,是因为转速过低,FSW产热不足以使TIG电弧区材料升温熔化。转速过高,摩擦系数降低,搅拌头产热趋于稳定值,总热输入趋于稳定。焊接热输入过大时,焊缝背部前进侧附近出现凹槽。对TIG影响区截面宏观形貌的研究结果表明,FSW产热与电阻热和电弧热叠加,电弧影响区熔深增加;搅拌头高速旋转挤压使软化材料填充至对接缝间隙,在高温强流变作用下形成挤压塑变焊接区,转速越高,挤压塑变焊接区厚度越大。通过对Q235钢和304不锈钢焊缝组织研究发现,焊缝横截面微观组织基本分为轴肩搅拌区、热机影响区、热影响区、电阻加热区、母材金属5个区域。表层细晶区为铁素体或奥氏体再结晶细晶层,"根茎状"组织为再结晶铁素体或奥氏体细晶,Q235焊缝存在马氏体"根须状"组织和过渡层。焊缝整体硬度高于母材硬度,Q235钢近表面区硬度最高达252.9HV,304不锈钢厚度中心线最高硬度达360HV。转速和焊接电流越高或焊接速度越低,接头硬度升高。力学性能研究结果表明,对Q235,当转速为800r/min,焊速为40mm/min,电流为60A时,接头抗拉强度最高达514MPa,比母材强度高20%,是因为焊缝中细晶区和马氏体过渡层提供了细晶强化和相变强化。并且转速为800～1200r/min时,转速越高,接头抗拉强度越低;对304不锈钢,正交试验参数对接头抗拉强度的影响顺序为焊接电流>焊接速度>搅拌头转速;当转速为800r/min,焊接速度为50mm/min,焊接电流为60A时,抗拉强度最大达650MPa,与母材近等强。

关键词：热源辅助搅拌摩擦焊挤压塑变焊接区马氏体过渡区表面细晶层

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