铜复合热源搅拌摩擦焊接工艺研究(4)
1.3.1 搅拌摩擦焊的优点
（1） 焊接接头质量高、不易产生缺陷；
（2） 不受轴类零件的限制，可进行平板的对接和搭接，可焊接直焊缝、角焊缝及环焊缝，可进行大型框架结构及大型筒体制造、大型平板对接等；
（3） 便于机械化、自动化操作，质量比较稳定，重复性高；
（4） 焊接成本较低，不用填充材料，也不用保护气体；
（5） 焊件有刚性固定，且固相焊时加热温度较低，焊件不易变形[5]。
1.3.2 搅拌摩擦焊的缺点
（1） 不同的结构需要不同的工装夹具，设备的灵活性差；
（2） 如不采用专门的搅拌头，焊接结束后搅拌头退出时会在焊缝末端会产生凹坑，需要用其他焊接方法补焊；
（3） 目前焊接速度不高；
（4） 焊缝背面需要有垫板，在封闭结构中垫板取出比较困难[5]。
1.3.3 搅拌摩擦焊参数选择
（1）焊接速度：焊接速度过高，使塑性软化材料填充搅拌针行走所形成的空腔的能力变弱，软化材料填充空腔能力不足，焊缝内易形成一条狭长且平行于焊接方向的疏松孔洞缺陷，严重时焊缝表面形成一条狭长且平行于焊接方向的隧道沟，导致接头强度大幅度降低。
（2）搅拌头转速：保持焊接速度一定，改变搅拌头旋转速度进行试验，结果表明当旋转速度较低时，不能形成良好的焊缝，搅拌头的后边有一条沟槽。随着旋转速度的增加，沟槽的宽度减小，当旋转速度提高到一定数值时，焊缝外观良好，内部的孔洞也逐渐消失。在合适的旋转速度下接头才获得最佳强度值。
（3）搅拌头仰角：搅拌摩擦焊接时，一般都使搅拌头向后倾斜，以此对焊缝施加压力。所谓搅拌头仰角是指搅拌头与焊接工件法线的夹角，它表示向后倾斜的程度。仰角主要是通过改变接头致密性、软化材料填充能力、热循环和残余应力来影响接头性能。如果仰角较低，由于轴肩压入量不足，轴肩下方软化材料填充空腔的能力较弱，焊核区、热机影响区界面处易形成孔洞缺陷，导致接头强度较低。若仰角增大，搅拌头轴肩与焊件的摩擦力增大，焊接热作用程度增大。
（4）轴肩压力：轴肩压力除了影响搅拌摩擦产热外，还对搅拌后的塑性金属施加压紧力。试验表明，轴肩压力主要影响焊缝成形。压紧程度偏小时，热塑性金属“上浮”溢出焊缝表面，焊缝内部则由于缺少金属填充而形成孔洞。如果压紧程度偏大，轴肩与焊件的摩擦力增大，摩擦热容易使轴肩平台发生粘附现象，焊缝两侧出现飞边和毛刺，焊缝中心下凹量较大，不能形成良好的焊接接头[5]。
1.4 研究现状
1.4.1 铜及铜合金搅拌摩擦焊研究现状
1.4.2 复合热源研究现状
1.5 本试验研究意义及主要内容
为了成功实现铜及铜合金的复合热源搅拌摩擦焊，本试验采用电弧作为辅助热源的预热手段。利用电弧与搅拌摩擦的复合提高焊接区域的产热，保证搅拌摩擦焊接铜及铜合金的产热和导热的匹配。并选择合适的焊接工艺参数进行铜及铜合金的焊接，进而对其焊缝进行金相分析、拉伸测试、硬度测试和扫描电镜分析，评价焊缝质量。本试验拟采用的试验方案如图1.1所示。
图1.1 试验研究方案和思路
2 试验材料、设备及方法简介
2.1 试验材料
本试验采用的母材为T2紫铜，均为100mmx40mmx4mm的不开坡口试样，采用对接接头。T2紫铜的化学成分和物理性能如表2.1、2.2所示。
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