超声振动强化搅拌摩擦焊的热力行为及微观组织特征.pdf

学兔兔 第 5l卷第 22期 机 械 工 程 学 报 V0l1．51 NO．22 2015年 11月 JOURNAL0FMECHANICALENGINEERING NOV． 20l5 Dol： 1O．3901／JM E．2015．22．022 超声振动强化搅拌摩擦焊的热力行为 及微观组织特征木 刘小超 武传松 钟益斌 高 嵩 (山东大学材料液固结构演变与加工教育部重点实验室 济南 250061) 摘要：为了利用超声振动降低搅拌摩擦焊过程中金属材料的屈服应力和流动应力，研发超声振动强化搅拌摩擦焊试验装置， 开展 6061．T6铝合金的焊接工艺试验。采用实时采集焊机 电参数并将其转化成力矩和力的方法，测试超声振动作用下搅拌摩 擦焊的焊接载荷，利用热电偶测试施加超声时的焊接热循环，通过体视显微镜和金相显微镜分别观测焊缝截面尺寸和接头微 观组织，并与相同参数下常规搅拌摩擦焊的情况进行比对。研究结果表明，超声振动能够显著降低焊接轴向压力和搅拌头转 矩，增大焊缝横截面尺寸，细化和均匀焊核区和热力影响区的晶粒组织。热循环的测量结果显示，超声振动的施加略微降低 了测量点的焊接热循环峰值温度。分析认为，超声振动与搅拌头附近的塑性变形材料相互作用，降低了金属材料的屈服应力 和流变应力，进而改变了原有的温度场，从而产生了优异的工艺效果。 关键词：搅拌摩擦焊；超声振动；焊接载荷；热循环；微观组织 中图分类号：TG456 Thermo．mechanicalBehaviorsandM icr0structureCharacteristics0f UltrasonicVibrationEnhancedFrictionStirW elding LIUXiaochao W U Chuansong ZHONG Yibin GAO Song (KeyLabforLiquid-SolidStructureEvolutionandMaterialsProcessingofMinistryofEducation， ShandongUniversity,Jinan250061) Abstract：Inordertoutilizetheultrasonicenergytoreducetheyieldstressandflow stressofthemetalmaterialsduringrfictionstir welding(FSW)，theexperimentalsystemoftheultrasonicvibrationenhancedrfictionstirwelding(UVeFSW)isdeveloped，andtests areconductedwith6061A1一T6alloyplates．Theweldingloadundertheultrasonicvibrationaremeasuredbyreal—timecapturingthe electricalparametersoftheFSW machineandrtanslatingthem totorqueandforceaccordingtospecificformula．Thermalcycleis measuredby embeddingthermalcouplesinspecificpositions．Weldcross—sectionsizeandmicrostructureinUVeFSW arealso observedbystereomicroscopeandmetalloscope．They areallcomparedwiththose in conventiona1FSW atthesamewelding parameters．Theresultsrevealthattheultrasoni