2024-T3鋁合金超聲輔助攪拌摩擦焊接頭強(qiáng)化機(jī)理研究.pdf

1、2024-T3鋁合金因其具有高強(qiáng)度高韌性等特性，廣泛應(yīng)用于航空航天等工業(yè)中，其焊接問題也成為人們關(guān)注的焦點(diǎn)。由于傳統(tǒng)攪拌摩擦焊接工藝的局限性，已經(jīng)無(wú)法滿足2024-T3鋁合金的焊接要求。本文運(yùn)用聲學(xué)和機(jī)械設(shè)計(jì)學(xué)原理自行設(shè)計(jì)制造了超聲輔助攪拌摩擦焊系統(tǒng)，并成功運(yùn)用該系統(tǒng)對(duì)2024-T3鋁合金進(jìn)行了超聲輔助攪拌摩擦焊焊接，獲得了性能優(yōu)于傳統(tǒng)攪拌摩擦焊的接頭。通過(guò)對(duì)比同等參數(shù)下的傳統(tǒng)攪拌摩擦焊接頭性能，運(yùn)用金相、SEM等微觀分析手段對(duì)比分析兩

2、種接頭晶粒尺寸大小、塑性流動(dòng)能力異同，結(jié)合接頭拉伸性能和硬度的表征初步探究了超聲輔助攪拌摩擦焊對(duì)接頭性能的作用機(jī)理，獲得以下研究成果：
　　根據(jù)超聲輔助攪拌摩擦焊系統(tǒng)的需要，運(yùn)用聲學(xué)，機(jī)械設(shè)計(jì)原理等設(shè)計(jì)制造了超聲輔助攪拌摩擦焊系統(tǒng)。并使用該系統(tǒng)成功對(duì)2024-T3鋁合金進(jìn)行了焊接。得到了表面成形光潔平滑，無(wú)毛刺，塑性流線更加清晰的接頭。
　　通過(guò)對(duì)比傳統(tǒng)攪拌摩擦焊接頭與超聲輔助攪拌摩擦焊接頭，發(fā)現(xiàn)超聲輔助下得到的焊核晶粒更為

3、細(xì)小，排列更為緊密均勻，抗拉強(qiáng)度、延伸率和硬度值都高于傳統(tǒng)攪拌摩擦焊接頭，且硬度分布更均勻。對(duì)比焊接過(guò)程中相應(yīng)測(cè)試點(diǎn)溫度曲線發(fā)現(xiàn)，超聲輔助攪拌摩擦焊峰值溫度高于傳統(tǒng)攪拌摩擦焊且焊縫溫度分布均勻，延長(zhǎng)了焊接過(guò)程中高溫停留時(shí)間，縮小前進(jìn)側(cè)與后退側(cè)溫度差異。并通過(guò)計(jì)算得到20KHz超聲波傳遞的能量即聲強(qiáng)以及超聲質(zhì)點(diǎn)的加速度峰值從而得出超聲輔助攪拌摩擦焊焊接過(guò)程中溫度的升高來(lái)自超聲波的能量傳遞。
　　本文從超聲熱效應(yīng)和機(jī)械效應(yīng)兩方面對(duì)超聲

4、輔助攪拌摩擦焊接頭強(qiáng)化機(jī)理進(jìn)行研究。通過(guò)分析溫度影響動(dòng)態(tài)再結(jié)晶過(guò)程，發(fā)現(xiàn)超聲波熱效應(yīng)強(qiáng)化接頭的機(jī)理是通過(guò)熱效應(yīng)提高焊接時(shí)焊縫溫度，促使動(dòng)態(tài)再結(jié)晶過(guò)程的發(fā)生，從而影響鋁合金塑性流動(dòng)性，改善接頭性能。通過(guò)分析超聲波產(chǎn)生的劇烈機(jī)械振動(dòng)對(duì)焊接過(guò)程中位錯(cuò)密度的影響，得出超聲波機(jī)械效應(yīng)強(qiáng)化接頭的機(jī)理是增加位錯(cuò)密度，在動(dòng)態(tài)再結(jié)晶過(guò)程中對(duì)晶粒進(jìn)一步細(xì)化來(lái)強(qiáng)化接頭性能。
　　根據(jù)所分析的超聲輔助攪拌摩擦焊鋁合金接頭強(qiáng)韌化機(jī)理，本文還探究了焊接參數(shù)對(duì)