搅拌摩擦焊铝合金T型接头微观组织及缺陷研究开题报告.docVIP

CHANGCHUN INSTITUTE OF TECHNOLOGY 开题报告 论文题目：搅拌摩擦焊铝合金T型接头 微观组织及缺陷研究 学生姓名： 薛爱明 学院名称： 机电工程学院 专业名称： 材料成型及控制工程材料0842班0802421233 指导教师： 张晓庆 教师职称: 讲师 学 历： 研究生 2012年4月6日 １课题论证 1.1课题研究的目的与意义 铝合金作为一种轻质高强的金属材料，近年来在工业和建筑方面得到了广泛的应用，尤其是在汽车和航空领域的应用。铝合金的应用，对车体的轻量化有着重要的意义，车体轻量化具有降低原材料消耗、降低车辆制造成本、节省牵引动能、降低列车运行费用、减轻车辆对线路的冲击、提高列车启动加速度等优点[1]。 但是铝合金如果采用传统的焊接方法，如采用手工电弧焊、气体保护焊、激光焊等，在焊缝及焊接热影响区容易出现气孔、烧穿、强度降低等焊接缺陷，对焊接质量的控制是不利的[2]。 搅拌摩擦焊(Friction Stir Welding，简称FSW)是英国焊接研究所(The Welding Institute)于1991年发明的专利焊接技术。搅拌摩擦焊是利用耐高温硬质材料制成一定形状的搅拌针，搅拌针以一定的转速伸入到工件中的待焊区域，并对搅拌头施加一定的轴向压力，通过搅拌头在高速旋转时，搅拌针以及轴肩与工件之间产生的摩擦热使这一部分的金属处于塑性状态，并在搅拌头的压力作用下从前端向后端塑性流动，从而使两个工件压焊形成一个接头。在搅拌摩擦焊过程中，金属不发生熔化，焊接时温度相对较低，最高焊接温度约为接头材料熔点的80%，因而是一个固态焊接过程。采用搅拌摩擦焊接技术，能够避免因接头金属熔化造成的气孔、裂纹等冶金缺陷。而搅拌摩擦焊接过程中伴随着强烈的摩擦、碾压与破碎作用，对接头表面氧化膜有一定的机械破碎作用，所以氧化膜将不再是金属焊接的重要困难之一。 图1 相对于激光焊而言，搅拌摩擦焊不仅是一项固相焊接技术，也是一项高效焊接技术，因其不存在光线反射及大量焊接能量损失问题，原理如图1。焊接过程中也不需要其它焊接消耗材料，如焊条、焊丝、焊剂及保护气体等。唯一消耗的是焊接搅拌头，搅拌头如图2。由于搅拌摩擦焊接时的温度相对较低，因此焊接后结构的残余应力或变形也较熔化焊小得多。搅拌摩擦焊作为一种固相焊接方法，焊接前及焊接过程中对环境的污染小。焊前工件无需严格的表面清理准备要求，焊接过程中的摩擦和搅拌可以去除焊件表面的氧化膜，焊接过程中也无烟尘和飞溅，同时噪声低[3,4,5]。用搅拌摩擦焊技术，可以克服熔焊时的缺陷，且焊接接头的性能不会降低。已经可以用该方法焊接厚度达75 mm的铝合金板材。搅拌摩擦焊典型焊接接头形式如图3[6]。 研究搅拌摩擦焊接铝合金T型接头的微观组织及缺陷，对于提高铝合金T型接头焊缝质量有重要的实用价值，有助于推进铝合金焊接的发展和应用。如果把FSW技术拓展到T型接头中就有可能解决挤压成型成本高及熔焊和铆接接头中存在的缺陷和压力集中问题。 图2 图3 1.2文献综述 1.2.1国外研究现状 搅拌摩擦焊发明初期主要解决厚度1.2-6mm的铝合金板材焊接问题;1996年，用FSW技术解决了6-12mm厚的铝、镁、铜合金的连接。1997年实现了12-25mm厚铝合金板的搅拌摩擦焊，并且在宇航结构件上得到应用。1999年实现了50mm厚的铜合金及75mm厚铝合金的搅拌摩擦焊接。2004年，英国焊接研究所已经能够实现单道100mm厚铝合金板材的搅拌摩擦焊，相对于熔焊(必须采用多道焊)，焊接效率得到很大提高。 搅拌摩擦焊工艺最初主要用于解决铝合金等低熔点材料的焊接，关于搅拌摩擦焊工艺的特点和应用等，TWI进行了较多的研究，并于1993年、1995年申请了专利。目前，TWI主要是与航空航天、海洋、道路交通、铝材厂、焊接设备制造厂等大公司联合，以团体赞助或合作的形式开发这种技术，扩大其应用范围。他们正在进行的由工业企业赞助的研究项目包括：钢的搅拌摩擦焊、汽车轻型构件的搅拌摩擦焊等。美国的爱迪生焊接研究所(Edison welding Institute,简称EWI)与TWI密切协作，也在进行FSW工艺的研究。美国的洛克希德马丁航空航天公司、马歇尔航天飞行中心、美国海军研究所、Dartmouth大学、德克萨斯大学、阿肯色斯大学、南卡罗里纳大学、德国的Stuttgart大学、澳大利亚的Adelaide大学、澳大利亚焊接研究所等都从不同的角度对搅拌摩擦焊进行了专门研究[7]