轴向超声振动对搅拌摩擦焊过程中金属流动行为的影响

摘要

以7N01-T4合金作为实验材料,采用标识材料示踪法,进行了搅拌摩擦焊(FSW)和超声辅助搅拌摩擦焊(UAFSW)对比实验,重点研究了轴向超声振动与搅拌针螺纹耦合作用下搅拌区(SZ)金属的流动行为。结果表明,施加轴向超声振动没有改变SZ金属沿焊接方向的宏观流动行为(如弧纹间距保持不变),但加剧了轴针影响区(PDZ)金属沿板厚方向的环形涡流运动,同时超声作用下轴肩与搅拌针端部的高频锻压作用促进了轴肩影响区(SDZ)和涡流区(SWZ)金属的流动。在分析轴向超声振动条件下搅拌针周围金属受力状态基础上,提出了微区"抽吸-挤压"效应模型,解释了轴向超声振动提高SZ金属流动能力的本质。当采用有螺纹的搅拌针焊接时,轴向超声振动与搅拌针螺纹的耦合作用所产生的微区"抽吸-挤压"效应导致SZ金属流动能力显著提高。当采用无螺纹的搅拌针焊接时,施加轴向超声振动显著降低搅拌针对SZ金属的剪切作用,导致SZ的金属流动能力减弱,更容易形成焊接缺陷。