钢螺柱-铝板摩擦焊接结构设计和工艺研究(2)
4.2 金相组织分析 19
4.3 显微硬度分析 22
4.4 本章小结 23
结 论 24
致 谢 25
参考文献26
1 绪论
1.1 研究背景及意义
随着我国航空航天、汽车、船舶、电子、建筑等行业的持续繁荣，焊接技术也变得更加成熟和多样化。目前，螺柱焊广泛应用于汽车、医疗器械、机车等领域。螺柱焊工艺简单、焊接速度快、焊接变形易于控制、焊接接头质量好。实现螺柱焊的工艺方法很多，比如电阻焊、电弧焊、摩擦焊、复合焊接等[1]。
但是现阶段大多数螺柱焊接方法主要采用焊条电弧焊。那么，这就存在许多问题和缺陷。比如自动化程度不高，容易出现裂纹、未熔合、咬边等焊接缺陷，焊缝连接强度不高，接头质量差等不利因素。目前，在汽车、船舶、军用车辆等领域需要应用大量的钢螺柱。为了减少重量，提高机动性，铝合金材料就能很好地实现这些要求。因此，钢螺柱-铝板的连接就变得很重要。
摩擦焊具有高效、节能、质量好、无污染、易于机械化和自动化等优点。与电弧螺柱焊相比，摩擦螺柱焊接接头组织晶粒细小，焊接变形小，不会产生缩颈、气孔、未熔合、焊偏等缺陷；且能够实现异种材料之间的焊接，是一种新型的焊接工艺。钢螺柱-铝板的连接采用摩擦焊，可以有效地避免上述问题[2]。
近年来，随着“低污染，低能耗、高效率”的生产理念深入人心，因此，在满足质量要求的前提下，用铝合金等轻质金属代替钢，可以达到产品轻量化的目的。这样，不仅提高了使用效率，还大大降低了生产成本。异种金属接头不仅可以满足质量和结构要求，并且能够节约能源、降低成本、节省材料等。钢-铝的复合使用具有广泛的应用前景。
为了解决上述问题，并对钢螺柱-铝板摩擦焊的焊接结构和工艺进行研究。本项目采用的焊接方法为连续驱动摩擦焊接，将不同结构形式的钢螺柱焊接在铝板上。能够保证接头质量，适用于同种或异种材料的焊接。这种方法不仅操作简单、质量可靠，而且自动化程度高，便于推广。
1.2 螺柱焊的产生与发展
1.2.1 螺柱焊的概述
所谓螺柱焊是指把金属熔化，加压焊合在一起冷却后牢固相连的一种方法，螺柱焊主要有储能式和拉弧式两种焊接方法。通常用英文简称SW (STUD WELDNG)表示。螺柱焊具有很多焊接优点，焊接速度快、质量好、操作简单、成本低等[3]。因此螺柱焊在一定程度上优于传统的铆接或螺栓连接件等；很多建筑结构行业均适用螺柱焊，如汽车、造船、机车、航空、机械、锅炉、化工设备、变压器及大型建筑结构等行业[4]。按不同的分类方法，螺柱焊有以下类型：
表1.1 螺柱焊接方法分类
根据所采用的焊接方法 根据所采用的电源和接头形式
电弧螺柱焊 电容储能螺柱焊
电阻螺柱焊 短周期螺柱焊
摩擦螺柱焊 电弧螺柱焊
复合热源螺柱焊
本项目所采用的焊接方法为连续驱动摩擦螺柱焊，摩擦螺柱焊的原理如下：
一个棒状焊件固定在夹具上，另一个焊件在一定的旋转速度下向其运动。利用摩擦产生的热量使金属达到塑形变形状态，在顶锻压力作用下使接头材料达到原子层面的结合。顶锻压力保持一段时间后，金属冷却下来，就形成了性能良好的焊接接头。螺柱焊的特点：
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