鋼的輔助熱源攪拌摩擦焊工藝及溫度場檢測與模擬.pdf

1、攪拌摩擦焊接(FSW)技術是近年來發(fā)展迅速、研究面廣的一種固相連接技術。與傳統(tǒng)的焊接方法相比，其具有高效節(jié)能、產品質量好和環(huán)保無污染等優(yōu)點。經過二十幾年的努力，F(xiàn)SW技術已經成功應用于鋁及鋁合金的商業(yè)化生產。盡管到目前為止，有關攪拌摩擦焊技術的大量研究都是關于鋁及鋁合金的連接，但研究人員也希望能將此技術推廣到鋼及其它高熔點材料的連接中。在鋼的FSW中，使用合適的工藝參數(shù)能得到滿意的焊縫。選用適當材料和形狀的攪拌頭后，鋼輔助熱源FSW的關

2、鍵是如何選取恰當?shù)暮附庸に噮?shù)。因此，探索焊接工藝并研究其斷口形貌、接頭顯微組織、接頭顯微硬度和主元素擴散對于Q235A輔助熱源FSW具有重要意義。而大量實驗表明，攪拌摩擦焊接(FSW)溫度的分布會直接影響到焊縫的質量。因此，研究低碳鋼攪拌摩擦焊過程中焊接溫度場的變化對于選擇和優(yōu)化焊接工藝參數(shù)具有重要意義。
　　本課題采用耐高溫硬質合金攪拌頭，對4mm厚Q235A進行輔助熱源攪拌摩擦焊，可得到完整的焊接接頭。焊核區(qū)金屬發(fā)生了動態(tài)再

3、結晶，微觀組織均勻細小，力學性能優(yōu)良。當焊接工藝參數(shù)匹配合理時，接頭抗拉強度最高可達332.19MPa。分析焊接接頭斷口形貌，其橫截面分成了三層，上部為韌性斷裂;中部為韌性斷裂和脆性斷裂結合的方式;下部以脆性斷裂為主，局部存在韌性斷裂。觀察焊接接頭微觀組織，發(fā)現(xiàn)熱影響區(qū)組織均有所長大;熱機影響區(qū)組織中鐵素體長大并被拉長，珠光體變大;焊核區(qū)組織為細小的鐵素體和珠光體。進行顯微硬度測量，發(fā)現(xiàn)焊核區(qū)的顯微硬度與母材相比平均提高了12％;熱機影

4、響區(qū)和熱影響區(qū)的顯微硬度與母材相比有所下降。對接頭橫截面進行主元素(C、Fe、O、Co和W)線掃描分析，發(fā)現(xiàn)接頭不同區(qū)域元素的擴散情況不同。
　　本課題在實驗測溫的基礎上，用有限元軟件ANSYS模擬分析攪拌摩擦焊過程進入準穩(wěn)態(tài)時各特征點溫度的變化規(guī)律，發(fā)現(xiàn)在與焊合面垂直方向上和焊件厚度方向上各特征點溫度歷時變化趨勢與實驗測得情況基本相符，驗證了熱源模型的準確性。最后對鋼的輔助熱源FSW過程溫度場進行模擬，發(fā)現(xiàn)焊接過程中溫度分布呈前