材料摩擦性能对搅拌摩擦焊接头温度及焊缝成形的影响

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1、中图分类号：TG456.9盲审编号：X03080硕士学位论文材料摩擦性能对搅拌摩擦焊接头温度及焊缝成形的影响作者姓名朱蕾指导教师邢丽教授学科、专业材料加工工程2015年6月学校代码：10406分类号：TG456.9学号：120080503041南昌航空大学硕士学位论文（学位研究生）材料摩擦性能对搅拌摩擦焊接头温度及焊缝成形的影响硕士研究生：朱蕾导师：邢丽教授申请学位级别：硕士学科、专业：材料加工工程所在单位：航空制造工程学院答辩日期：2015年6月授予学位单位：南昌航空大学TheInfluenceofMaterialFrictionalPerformanceon

2、TemperatureFieldinFrictionStirWeldingJointandWeldFormationADissertationSubmittedfortheDegreeofMasterOnMaterialProcessingEngineeringbyZhuLeiUndertheSupervisionofProf.XingLiCollegeofAeronauticalManufacturingEngineeringNanchangHangkongUniversity,Nanchang,ChinaJune,2015摘要通过试验测定2A12、5A06、

3、7075-O、7075-T6四种铝合金在不同温度下的摩擦系数，基于ANSYS有限元软件，在摩擦系数随温度变化的情况下，模拟铝合金搅拌摩擦焊温度场。通过热电偶测温系统测量距焊缝中心不同距离特征点的温度，将测量结果与模拟结果进行对比。在相同工艺参数下，对四种铝合金进行搅拌摩擦焊工艺试验，分析材料摩擦性能对搅拌摩擦焊接头温度及焊缝成形的影响，为焊接工艺的优化提供理论依据。摩擦试验结果表明，随着温度的升高，变形铝合金与H13钢之间的摩擦系数变化经历三个阶段，先随着温度的升高略减小；温度继续升高时，摩擦系数急剧增大，达到一个最大值；温度进一步升高时，摩擦系数开始急剧减小，

4、到450℃时，铝合金的摩擦系数接近零。铝合金与H13钢之间的摩擦系数变化的三个阶段，其摩擦磨损机制不同，随着温度的升高，摩擦机制由干摩擦向边界摩擦转变，磨损机制由磨粒磨损向粘着磨损转变。模拟结果表明，在摩擦系数随温度变化的情况下，5A06铝合金能达到的最高温度值最大，为500℃，其次是7075-O铝合金和7075-T6铝合金，分别为487℃和482℃，2A12铝合金能达到的最高温度值最低，为467℃。摩擦系数最大值和摩擦系数开始减小的转折温度共同影响铝合金搅拌摩擦焊接头温度，摩擦系数的最大值越大，摩擦系数开始减小的转折温度越高，铝合金FSW接头能达到的最高温度值

5、越高。铝合金搅拌摩擦焊初始阶段的加热速度不同，7075-O和7075-T6铝合金加热速度变化趋势相似，随焊接时间的增加急剧增大后迅速减小；5A06和2A12铝合金的加热速度变化趋势相似，随焊接时间的增加，先略增大后保持不变最后缓慢减小。这是由于受初始摩擦系数和摩擦系数最大值影响，初始摩擦系数越大，摩擦系数开始增大的转折温度越低，摩擦系数的最大值越大，铝合金搅拌摩擦焊初始阶段的加热速度则越大。焊缝成形研究结果表明，材料摩擦性能通过影响焊缝表面温度来影响表面形貌，当摩擦产热量足够使焊缝表面温度超过材料的熔点下限时，部分熔化的金属在摩擦界面起润滑作用，有利于得到良好的

6、表面形貌。焊核尺寸则受摩擦产热量和材料塑性变形抗力的共同影响，当摩擦产热量相当时，塑性变形抗力小的材料，其焊核面积和宽度越大；当材料的塑性变形抗力接近时，摩擦产热量大的材料，其焊核面积和宽度越大。关键词：摩擦性能，搅拌摩擦焊，接头温度，焊缝成形IAbstractThefrictionalcoefficientabout2A12,5A06,7075-Oand7075-T6fourtypesofaluminumalloywasdeterminedunderdifferenttemperaturethroughfrictionexperiment.Basedonthe

7、finiteelementsoftwareANSYS,thefrictionstirweldingtemperaturefieldwassimulatedwithfrictionalcoefficient,whichchangesalongwiththechangeoftemperature.ThetemperatureoffourkindsofaluminumalloyFSWjointwasmeasuredbythermocoupletemperaturemeasurementsystem,thenthecomparativeanalysisofsimulat

8、ionresultsan