搅拌针端部形状对FSW焊缝根部金属流动行为影响的研究

摘要

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。

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第1章 绪论

1.1 课题研究的目的及意义

1.2 国内外研究现状

1.3本论文主要研究内容

第2章 试验条件和方法

2.1 试验材料及设备

2.2 试验方法

第3章 F SW焊缝根部金属的流动形貌

3.1 焊缝厚度方向上的金属迁移行为分析

3.2 沿焊接方向上的金属迁移行为分析

3.3 与焊接方向垂直的方向上的金属迁移行为

3.4 焊缝根部金属流动机制

3.5 焊缝根部金属流动物理模型

3.6 本章小结

第4章 搅拌针端部形状对焊缝根部金属流动的作用机制

4.1搅拌针端部形状对焊缝根部金属流动行为分析

4.2 搅拌针端部形状与工艺参数对焊缝根部金属形貌的影响

4.3 本章小结

第5章 焊接工艺对F SW焊缝根部金属流动的影响

5.1 软性约束厚度对FSW焊缝根部金属流动的影响

5.2 旋转速度对FSW焊缝根部金属流动的影响

5.3 焊接速度对FSW焊缝根部金属流动的影响

5.4 分析与讨论

5.5 本章小结

第6章 结论

参考文献

硕士学位期间发表的学术论文

致谢

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