高强铝双轴肩搅拌摩擦头设计和工艺研究(2)
1.2 双轴肩搅拌摩擦焊 2
1.3 高强铝合金的焊接性 3
1.4 搅拌头 4
1.4.1 单轴肩搅拌头4
1.4.2 双轴肩搅拌头5
1.5 高强铝合金搅拌摩擦焊研究现状 5
1.5.1 常规搅拌摩擦焊 5
1.5.2 双轴肩搅拌摩擦焊 5
1.6 小结 6
2 实验 7
2.1 实验材料及设备 7
2.1.1 实验设备 7
2.1.2 实验材料 7
3 搅拌头设计 8
3.1 搅拌头材料 8
3.2 搅拌头承载分析 8
3.3 搅拌头结构设计 9
4 辅助夹具 11
5 实验过程 12
5.1 普通铝合金实验13
5.2 7A52铝合金实验13
6 实验结果及分析16
结论 17
致谢 18
参考文献19
1 引言
搅拌摩擦焊(friction stir welding，FSW) 作为一种非常好的固相连接工艺，已经在航空、航天、造船等领域有很广的应用。近年来出现了一些新的搅拌摩擦焊方法，例如搅拌摩擦点焊、双轴肩搅拌摩擦焊和摩擦塞焊。
传统搅拌摩擦焊是将两个焊件对接在一起，刚性垫板在背部作支撑作用，搅拌头插入焊件对接的缝隙，在一定压力、旋转速度以及焊接速度条件下实现两个焊件的连接。焊接过程中搅拌头并没有完全穿透焊件，因此在焊接过程中可能会产生未焊透或焊穿等缺陷[7]。
双轴肩搅拌摩擦焊技术作为一种新型的焊接方式，是对传统搅拌摩擦焊技术的一种补充。该技术极大降低了产生在焊接过程中的锻压力，增加了零件装配和焊接的灵活性，可以对结构复杂的构件进行三文焊接，同时节省了制造刚性垫板的成本。双轴肩搅拌摩擦焊可以同时对工件的上表面和下表面进行焊接，从根本上消除了未焊透或根部缺陷等问题[16]。而搅拌头作为搅拌摩擦焊的核心，也是探索双轴肩搅拌摩擦焊的研究重点。
1.1 搅拌摩擦焊
搅拌摩擦焊( Friction Stir Welding，简称FSW) 是由英国焊接研究所于1991年研究发明的一种先进的固相连接技术。如下图1.1所示，焊接时，旋转的搅拌针伸入工件的接缝中，搅拌头与工件之间会产生摩擦热，使搅拌头前方的材料发生强烈的塑性变形，随着搅拌头的前进，发生塑性变形的材料逐渐沉积在搅拌头的背后，最终形成搅拌摩擦焊焊缝。
图2.1 搅拌摩擦焊
1.1.1 搅拌摩擦焊主要特点
与传统的熔焊相比，搅拌摩擦焊技术具有下面几个优点。
1）焊前的准备工作不是很复杂，由于是固相焊接，被焊材料不发生熔化只会塑性变形，焊接接头性能好，接头强度高，可实现多个方位的焊接；
2）成本低并且节能，焊接时不需要保护气体，不需要焊丝；
3）不但能焊接性能差异很大的异种金属材料，而且能实现金属和非金属材料的连接；
4）焊接过程安全，无飞溅，无辐射，并且环保，不会产生有害物质。
1.1.2 搅拌摩擦焊应用领域
自从搅拌摩擦焊发明以来，该技术被很快的推广，并应用于许多方面，特别是在一些重工业，例如核电核能、航空航天(飞机制造零部件的装配)、船舶(船舶甲板、侧板，以及水上观测站、防水壁板、船体外壳、主体结构件等的制造，还有直升机降落平台、海洋运输结构件等)、陆路交通（高速或轨道列车，以及地铁车厢、有轨电车，汽车的引擎、底盘、轮毂、车身支架、载货车尾部升降平台、汽车起重器，以及装甲车的防护甲板等轨道列车)等。
1.1.3 搅拌摩擦焊的主要材料
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