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搅拌摩擦焊接机器人 搅拌摩擦焊接机理

睿知经验知识

搅拌摩擦焊是一种固态焊接 ***，利用旋转的搅拌工具将合金材料摩擦加热，形成可塑流动的状态，再利用搅拌工具的压力将材料连接起来 。由于焊接时没有液态金属产生，因此避免了焊接过程中氧化、气孔等问题，焊缝质量高，焊接头强度大，适用于高强度、高塑性材料的连接 。
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文奇物君
编辑奇物君
铝合金具有优良的强度和轻质化特性，因此在航空航天、汽车制造等领域得到了广泛应用 。在铝合金结构中，接头是连接不同部件的重要部分 。
传统的焊接 *** 在接头区域产生了大量的热影响区和固溶区，对铝合金的力学性能造成了一定的影响 。为了解决这个问题，搅拌摩擦点焊作为一种新型的焊接 *** 被提出 。
本研究提出了一种提高FSSW效率的新 ***。当刀具旋转时，工件正常振动到刀具插刀路径 。这种新 *** 被称为搅拌摩擦点振动焊接（FSSVW） 。并将搅拌摩擦点振动（FSSV）焊接试样的机械性能（如硬度、断裂面和剪切强度）与搅拌摩擦点（FSS）焊接试样的机械性能进行了比较 。
●○材料工艺和实验准备○●
所研究板材的化学成分和机械性能在下方表 1和表2上 。宽度为 25 mm、长度为 100 mm 的工件由连接板制成，搭接位置的工件安装在机床上，设计用于进行 FSSW 和 FSSVW，而薄工件则在顶部 。
表1
表2
该机器的示意图显示在下方图1上 。机器固定在铣床工作台上 。根据图1，工件振动通过夹具施加 。电机轴旋转通过凸轮轴机构转换为夹具的线性和往复运动 。
振动幅度调整为 0.5 mm，FSSVW使用功率为0.5kW的交流电机 。使用驱动器调节控制振动频率的电机轴速度 。
图1
非消耗性工具 （图2）由硬质合金钨的销和M2热处理钢的肩部组成，用于焊接工艺 。焊接工具在焊接过程中沿顺时针方向旋转 。
图2
在FSSVW过程中，实施不同的振动频率来研究振动频率对微观组织和机械特性的影响 。表3显示了不同焊接样品的焊接条件 。
基于ASTM的金相技术用于揭示焊缝区域的微观结构 。通过碳化硅砂纸的旋转圆盘研磨安装的样品，然后进行抛光和蚀刻 。采用线性截距法（ASTM-E112-13）测量晶粒尺寸 。

搅拌摩擦焊接机器人 搅拌摩擦焊接机理

文章插图
表3
采用ANSI/AWS/SAE/D8.9-97进行剪切拉伸试验，得到焊接试件的搭接剪切强度-位移曲线 。对于每种焊接条件，尝试四个试样 。
采用基于ASTM-E384的维氏显微硬度法对硬度进行测试，载荷为300 gf，停留时间为10 s 。对于每种焊接条件，测量4个数据 。
●○微观结构○●
图3显示了与不同焊接条件相关的焊接样品的微观结构，FSSV焊接试样以及FSS焊接试样也观察到不同的焊接区域，即搅拌区（SZ），热机械影响区（TMAZ）和热影响区（HAZ） 。
FSS和FSSV焊接试样搅拌区的微观结构如下方图4 。很明显，焊接过程中振动的存在降低了两种转速下搅拌区的晶粒尺寸;此外，具有高切入深度的焊接样品的晶粒尺寸低于具有低切入深度的焊接样品的晶粒尺寸 。这些可能与塑性变形对金属位错产生的影响有关 。
高切入深度或振动的存在会增加塑性变形 。研究指出，位错密度随着塑性变形的增加而增加 。由于动态重结晶（DRX）是摩擦焊过程中晶粒细化的主要原因，位错密度的增加导致DRX增强，相应地，晶粒也会变得更细 。
图5显示了不同焊接条件下的搅拌区晶粒尺寸值 。观察到所有焊接试样的搅拌区晶粒尺寸均低于母材晶粒尺寸 。FSSV焊接试样的晶粒尺寸较小，适用于FSS焊接试样 。

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