流道焊接銅合金焊接液冷攪拌摩擦焊

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       攪拌頭的前進角對攪拌摩擦焊的影響 攪拌頭的前進角是指攪拌頭中心軸線與工件表面垂線之間的夾角。在一般情況下，攪拌頭的前進角定為3-5o。確定前進角的目的，一般認為它可以提高攪拌頭的壽命，促進摩擦引起的焊縫金屬塑性流動，清理產(chǎn)生缺陷的傾向。 攪拌頭的前進角對焊縫金屬塑性流動的影響如圖2-4所示。當改變攪拌頭的前進角時，焊縫金屬的塑性流動停滯點發(fā)生很大變化。從圖中可以看出，在攪拌頭的前進角為零度時，即攪拌頭與工件表面垂直，焊縫金屬的塑性流動停滯點處于焊根部中心，隨著前進角角度的加大，攪拌力加大，塑性流動的停滯點向焊縫上方移動，這有利于清理缺陷。 攪拌摩擦焊的插入實驗 “插入試驗”的數(shù)字化模擬要求輸入的參數(shù)為 :攪拌頭的旋轉(zhuǎn)速度、插入速率、輸入功率和攪拌頭附近形成的塑化區(qū)域的大小 ;典型的計算輸出包括試驗材料和攪拌頭的溫度分布曲線 ,攪拌頭內(nèi)的瞬時溫度 ,旋轉(zhuǎn)攪拌頭的臨近區(qū)域的適時溫度 ,速度分布曲線和材料的粘性。與 Al6061 - T6 鋁合金母材凝固溫度相對應(yīng)的旋轉(zhuǎn)攪拌頭外圓半徑位置所得到的計算峰值溫度為580 ℃。 圖 2 示出了“插入試驗”中 Al6061 鋁合金得到的攪拌頭的旋轉(zhuǎn)速度和材料相對粘性值的關(guān)系 ,當旋轉(zhuǎn)速度從 900 r/ min 增加到 1 500 r/ min 時 ,材料的相對粘性值在減小 ;這證明了材料粘性和剪切率的相關(guān)。 圖 3 中的結(jié)果也與流體機理相符合 ,即當旋轉(zhuǎn)的圓柱體在靜止圓柱體中向?qū)�運動時會產(chǎn)生流變[4 ] 。 攪拌指棒的材質(zhì)及形狀對攪拌摩擦焊的影響 (1)攪拌指棒的材質(zhì) 由于攪拌指棒要產(chǎn)生并承受摩擦熱，高溫剪切強度是攪拌指棒根部必須考慮的一個很重要的因素。目前英國焊接研究所采用工具鋼來制作攪拌指棒，例如TWI的Nicholas采用工具鋼AISI-H13。日本采用了SUS440馬氏體不銹鋼以及工具鋼SKD61作為攪拌指棒的材料。從攪拌指棒的高溫強度出發(fā)，目前攪拌摩檫焊只能焊接鋁、鎂及其合金和銅合金等。隨著攪拌指棒的材質(zhì)不斷開發(fā)，可以預(yù)見會有更多的材料適用于攪拌摩檫焊焊接。 (2) 攪拌指棒的形狀 攪拌指棒的形狀為單純圓柱形或加工成稍帶錐形的圓柱形；也有得把單純圓柱形加工成螺紋牙型或淺牙形，而端部形狀一般為半球形。TWI采用FSW焊接75m特大厚板時，采用的攪拌頭表面如圖2-2（a）所示，切削成螺紋牙型的螺旋溝，目的是增加對被焊金屬的攪拌力。圖2-2（b）所示為較為復(fù)雜形狀的攪拌指棒 。