对于搅拌摩擦焊接头“洋葱环”层状结构形成机制探索

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1、学兔兔www.xuetutu.com搅拌摩擦焊接头“洋葱环”层状结构形成机制探索中车南京浦镇车辆有限公司(210031)付宁宁孟宪伟曹兴华北京赛福斯特技术有限公司(101107)赵华夏摘要“洋葱环”形貌是搅拌摩擦焊接头中搅拌针作用区的固有特征，基于对搅拌针三维模型的形貌提取和修正，构建了搅拌摩擦焊接头“洋葱环”层状结构模型，通过模型叠加与剖切分析，获得了搅拌摩擦焊接头沿不同方向剖切后层状结构模型，所获得的模型与实际焊接接头层状结构形貌相一致。基于层状模型分析，将搅拌摩擦焊接头“洋葱环”层状结构形成过程分为“迁移阶段”和“回填阶段”两部分。基于三维模型分析，深入揭示了搅拌摩擦焊接头搅

2、拌针作用区“洋葱环”层状结构的形成机制，为深入理解搅拌摩擦焊接头形成过程提供了理论基础。关键词：搅拌摩擦焊搅拌针洋葱环层状结构三维模型中图分类号：TG453．9文献[9]采用铝箔示踪法研究了不同搅拌针旋向及轴0前言肩直径对搅拌摩擦焊“洋葱环”的影响规律，但对其影搅拌摩擦焊(FrictionStirWelding，简称FSW)是热响机制未进行深入揭示。力耦合作用下形成接头的新型固相连接技术，由于其基于塑性金属流动行为研究，国内外学者对搅拌在轻质合金连接方面的独特优势而获得了广泛应用。摩擦焊接头“洋葱环”结构取得了不同程度的认识，其塑性金属的迁移是搅拌摩擦焊接过程的基本特征共同观点是，

3、“洋葱环”结构是焊接过程塑性金属非均之一。搅拌针周围被焊材料的产热、塑化及流动行为匀过渡导致的层状结构_6，但对于“洋葱环”的形成是接头成形的基础¨J。因此，国外学者针对搅拌摩擦机制还缺乏深入、统一的理解。焊塑性金属流动行为开展了大量研究工作，采用的研文中基于搅拌针形貌特征分析，构建搅拌摩擦焊究方法包括示踪法J、急停法J、微观组织观察或者接头“洋葱环”层状结构模型，并分析“洋葱环”结构形多种方法相结合研究。成过程。对于深入理解搅拌摩擦焊接机理，促进搅拌国内也对塑性金属流动行为开展了大量研究工摩擦焊技术的工程化应用具有理论指导意义。作，并在此基础上探索研究了搅拌摩擦焊接头“洋葱1模型

4、构建环”组织结构。文献[6]构建了搅拌摩擦焊塑性金属的三维流动模型，并认为轴肩的挤压作用使软化壳体发基于6．35mm厚铝合金材料搅拌摩擦焊实际使用生弯曲，形成类球状软化壳体，这种类球状软化壳体是的搅拌头所采用的双圆环端面轴肩、带锥角搅拌针形形成“洋葱环”结构的基础。文献[7]通过示踪试验研貌，不考虑搅拌针表面螺纹，则所建立的搅拌头模型如究得出“抽吸一挤压”理论，认为搅拌针螺纹使热塑性图1所示。根据笔者前期切面法研究，在搅拌摩擦金属沿厚度方向迁移并形成“洋葱环”形貌，这种塑性焊接过程中，随着搅拌针沿焊缝的移动，将搅拌针作用金属在厚度方向上的非均匀过渡从而产生“洋葱环”的过程分为“挤出

5、阶段”、“迁移阶段”和“回填阶段”。理论与文献[6]存在明显差异。文献[8]采用紫铜作为“挤出阶段”搅拌针前缘自上而下将原始对接面上的材示踪材料研究了搅拌摩擦焊接过程中塑性金属在水平料由前进侧迁移至后退侧，“迁移阶段”沿搅拌针外缘面上的二维流动行为，并建立了水平方向的流动模型。轮廓形成焊核区两侧边缘形貌以及“洋葱环”层状组织，“回填阶段”形成“洋葱环”中心以上组织结构，并获收稿日期：2015—07—21得搅拌针作用区的最终形貌。282016年第2期学兔兔www.xuetutu.com学兔兔www.xuetutu.com学兔兔www.xuetutu.com