搅拌头材质对搅拌摩擦焊温度场的影响
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焊 一般 采用 工具 钢 制 作搅 拌 头 ， 因为 该 材 料 具有 较
目前 ， 搅 拌摩 擦 焊 热 过程 的研 究 主要 集 中在 数 值模 拟分 析及 实验 测定 两方 面 。实 验研 究 大 多 限于对 搅 拌摩 擦焊 过程 中焊 接 工件 温度 场 的测定 和 分析 ， 鲜见 对搅 拌 头 温 度 场 实 验 测 定 和分 析 。搅 拌
直 是 国 内外 焊 接界 研究 的热 点 之一
。通 过对
搅拌 摩擦 焊 热过 程 的 深入 了解 ， 可 以 预测 焊 接 过 程 中的温度 情况 及接 头 区域 的微 区特 征 、 硬度 、 应力 应 变分 布 ， 进而 评价 接头 性能 。
现， 其 材质 一般应 具 有 较 高 的热 强 性 、 耐磨 性 、 抗蠕 变性 、 耐冲 击 性 、 热稳定性等¨ 。铝 合 金 搅 拌 摩 擦
ｄ ｏ ｉ ： １ ０ ． ３ ９ ６ ９ ／ ｊ ． ｉ ｓ ｓ ｎ ． １ ０ ０ ５ — ５ ０ ５ ３ ． ２ ０ １ ４ ． ２ ． ０ ０ ７
中 图分 类 号 ： Ｔ Ｇ ４ ５ ５ ； Ｖ ２ ６ １ ． ３ ４
文 献 标 识 码 ：Ａ
文章编号 ： １ ０ ０ ５ ． ５ ０ ５ ３ （ ２ ０ １ ４ ） ０ ２ － ０ ０ ３ ５ — ０ ５
好 的耐 高温 静态 和动 态力学 性 能 以及 较好 的耐 磨性
能， 而且 具有 较高 的熔 点 。
高速 工具 钢 Ｗ９ Ｍｏ ３ ｃ ｒ ４ Ｖ与 铝合 金 之 间 的摩 擦 产 热量 比较 高 ， 采 用该合 金 制作搅 拌 头焊接 铝合 金 ， 可 以有效 提 高焊 接 速 率 ， 进 而 提 高 生产 效 率 。本 试 验研 究 以 Ｗ９ Ｍｏ ３ Ｃ ｒ ４ Ｖ合金 作 为 铝 合金 搅 拌 摩擦 焊
搅 拌头 的 主 要 制 造 材 料 。 同时 采 用 马 氏 体 不 锈 钢
界 条件 下 焊接试 板 及 搅 拌 头 温 度 场 的 分 布规 律 ， 并
分 析搅 拌 头材 质对 搅拌 摩擦 焊过 程 中焊接 试板 及搅
Ｓ Ｕ Ｓ ４ ４ ０ Ｃ制 作搅拌 头 ， 在相 同焊 接条 件下 ， 探讨 搅拌
第３ ４卷 第 ２期
２ ０ １ ４年 ４月
航
空
材
料来自百度文库
学
报
Ｖｏ１ ． ３ ４． Ｎｏ ． ２
Ａｐ ｒ ｉ ｌ ２ ０１ ４
Ｊ ＯＵＲＮ ＡＬ ＯＦ ＡＥ ＲＯＮＡＵ Ｔ Ｉ Ｃ ＡＬ ＭＡＴ Ｅ ＲＩ ＡＬ Ｓ
搅 拌 头材 质对 搅 拌摩 擦 焊 温 度 场 的影 响
头材 质对 搅 拌 摩 擦 焊摩 擦 偶 之 间温 度 场 的 影 响 规 律 。表 １和表 ２分别 列 出 Ｗ９ Ｍｏ ３ Ｃ ｒ ４ Ｖ和 Ｓ Ｕ Ｓ ４ ４ ０ Ｃ 的化 学成 分 。表 ３为两种 材 质 的热 物 理性 能 。
收 稿 日期 ： ２ ０ １ ３ ０ － ５ — ２ ０ ； 修 订 日期 ： ２ ０ １ ３ — ０ ６ — １ ８ 基金项 目： 西北工业大学陕西省摩擦 焊重点实验室基金项 目 （ Ｓ Ｈ Ａ Ａ Ｎ Ｘ Ｉ ． Ｋ Ｌ － Ｆ ｗ一 ２ ０ １ ０ ０ ２ ） ； 江 苏 高 校 优 势 学 科 建 设 工 程 资助 （ Ｐ Ｄ Ａ Ｄ） 作者简介 ： 赵阳阳 （ １ ９ ８ ７ 一） ， 男， 硕 士研究 生 ， 主 要 从 事 搅 拌
头 是搅 拌 摩擦 焊 的“ 心脏” ， 它 既 是完 成 搅 拌 摩擦 焊 过程 必 不可少 的产 热 工 具 ， 同 时也 是 焊 接 热 量 散 失 的主要 途径 ¨ 。本 工 作 应 用 热 电偶 和 自行研 制 的无线 测 温 系统 ， 通 过 实验 方 法 同 时测 定 了不 同边
搅拌 摩 擦焊 由于 具 有接 头 质 量 高 、 焊接 变 形 小 和焊 接过 程 绿色 、 无 污 染 等 优 点 ． ， 是铝 、 镁 等 有 色 金属 合金 优 选 的焊 接 方 法 。搅 拌 摩 擦 焊 热 过 程
一
拌头 自身 温度 场 的影响 。
１ 实验 设 计
搅 拌 摩 擦 焊过 程 中 ， 搅 拌 头受 到 较 为复 杂 的温 度和 载荷 的交 互 作 用 。基 于搅 拌 头 各 项 功 能 的 实
赵 阳阳 ， 李敬 勇 ， 李 兴 学
（ １ ．江 苏 科 技 大学 先 进 焊 接 技 术 省级 重 点 实 验 室 ， 江苏 镇 江 ２ １ ２ ０ ０ ３ ； ２ ．神 华 国 能 集 团检 修 公 司 安 监 部 ， 河南 焦作 ４ ５ ４ ０ ０ １ ）
摘要 ： 测 定 焊 接 试 板 及 搅 拌 头 自身 的 温 度 分 布 曲 线 ， 分 析 搅 拌 头 材 质 对 搅 拌 摩 擦 焊 温 度 场 的 影 响 。 结 果 表
明， 采 用不 同材 质搅 拌 头 ， 焊 接 试 板 及 搅 拌 头 自身 温 度 场 分 布 规 律 相 同 。 焊 接 试 板 温 度 及 温 度 梯 度 随 测 温 点
远 离 焊 缝 中心 逐 渐 降 低 ， 焊 接方 向测 温 点 的峰值 温 度 依 次 升 高 ， 前 进 侧 温 度 高 于 后 退 侧 。稳 定 焊 接 阶 段 ， 摩 擦 产 热传 递至 搅拌 头 的热 量与 通过 其 散失 的热 量保 持动 态平 衡 ， 搅 拌 头 温 度 波 动 很 小 。采 用 比 热 容 小 、 热 传 导系 数大 的材 料 制作 搅拌 头焊 接 时 ， 一 方面 可 以向焊 接试 板输 入更 多 的热量 ， 另 一 方 面 其 自身 散 失 的 热 量 也 更多 ， 焊 接 试 板 及 搅 拌 头 自身 的 温 度 均 较 高 。 因 此 ， 搅拌 头 材 质 的选 择 应 综 合评 定 其 热 物 理特 性 ， 以 获 得 摩 擦 偶 之间 更高 的热 效 率 。 关 键词 ： 搅拌摩擦焊 ； 搅拌头材质 ； 搅拌头温度场 ； 焊 接 试 板 温 度 场
目前 ， 搅 拌摩 擦 焊 热 过程 的研 究 主要 集 中在 数 值模 拟分 析及 实验 测定 两方 面 。实 验研 究 大 多 限于对 搅 拌摩 擦焊 过程 中焊 接 工件 温度 场 的测定 和 分析 ， 鲜见 对搅 拌 头 温 度 场 实 验 测 定 和分 析 。搅 拌
直 是 国 内外 焊 接界 研究 的热 点 之一
。通 过对
搅拌 摩擦 焊 热过 程 的 深入 了解 ， 可 以 预测 焊 接 过 程 中的温度 情况 及接 头 区域 的微 区特 征 、 硬度 、 应力 应 变分 布 ， 进而 评价 接头 性能 。
现， 其 材质 一般应 具 有 较 高 的热 强 性 、 耐磨 性 、 抗蠕 变性 、 耐冲 击 性 、 热稳定性等¨ 。铝 合 金 搅 拌 摩 擦
ｄ ｏ ｉ ： １ ０ ． ３ ９ ６ ９ ／ ｊ ． ｉ ｓ ｓ ｎ ． １ ０ ０ ５ — ５ ０ ５ ３ ． ２ ０ １ ４ ． ２ ． ０ ０ ７
中 图分 类 号 ： Ｔ Ｇ ４ ５ ５ ； Ｖ ２ ６ １ ． ３ ４
文 献 标 识 码 ：Ａ
文章编号 ： １ ０ ０ ５ ． ５ ０ ５ ３ （ ２ ０ １ ４ ） ０ ２ － ０ ０ ３ ５ — ０ ５
好 的耐 高温 静态 和动 态力学 性 能 以及 较好 的耐 磨性
能， 而且 具有 较高 的熔 点 。
高速 工具 钢 Ｗ９ Ｍｏ ３ ｃ ｒ ４ Ｖ与 铝合 金 之 间 的摩 擦 产 热量 比较 高 ， 采 用该合 金 制作搅 拌 头焊接 铝合 金 ， 可 以有效 提 高焊 接 速 率 ， 进 而 提 高 生产 效 率 。本 试 验研 究 以 Ｗ９ Ｍｏ ３ Ｃ ｒ ４ Ｖ合金 作 为 铝 合金 搅 拌 摩擦 焊
搅 拌头 的 主 要 制 造 材 料 。 同时 采 用 马 氏 体 不 锈 钢
界 条件 下 焊接试 板 及 搅 拌 头 温 度 场 的 分 布规 律 ， 并
分 析搅 拌 头材 质对 搅拌 摩擦 焊过 程 中焊接 试板 及搅
Ｓ Ｕ Ｓ ４ ４ ０ Ｃ制 作搅拌 头 ， 在相 同焊 接条 件下 ， 探讨 搅拌
第３ ４卷 第 ２期
２ ０ １ ４年 ４月
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Ｖｏ１ ． ３ ４． Ｎｏ ． ２
Ａｐ ｒ ｉ ｌ ２ ０１ ４
Ｊ ＯＵＲＮ ＡＬ ＯＦ ＡＥ ＲＯＮＡＵ Ｔ Ｉ Ｃ ＡＬ ＭＡＴ Ｅ ＲＩ ＡＬ Ｓ
搅 拌 头材 质对 搅 拌摩 擦 焊 温 度 场 的影 响
头材 质对 搅 拌 摩 擦 焊摩 擦 偶 之 间温 度 场 的 影 响 规 律 。表 １和表 ２分别 列 出 Ｗ９ Ｍｏ ３ Ｃ ｒ ４ Ｖ和 Ｓ Ｕ Ｓ ４ ４ ０ Ｃ 的化 学成 分 。表 ３为两种 材 质 的热 物 理性 能 。
收 稿 日期 ： ２ ０ １ ３ ０ － ５ — ２ ０ ； 修 订 日期 ： ２ ０ １ ３ — ０ ６ — １ ８ 基金项 目： 西北工业大学陕西省摩擦 焊重点实验室基金项 目 （ Ｓ Ｈ Ａ Ａ Ｎ Ｘ Ｉ ． Ｋ Ｌ － Ｆ ｗ一 ２ ０ １ ０ ０ ２ ） ； 江 苏 高 校 优 势 学 科 建 设 工 程 资助 （ Ｐ Ｄ Ａ Ｄ） 作者简介 ： 赵阳阳 （ １ ９ ８ ７ 一） ， 男， 硕 士研究 生 ， 主 要 从 事 搅 拌
头 是搅 拌 摩擦 焊 的“ 心脏” ， 它 既 是完 成 搅 拌 摩擦 焊 过程 必 不可少 的产 热 工 具 ， 同 时也 是 焊 接 热 量 散 失 的主要 途径 ¨ 。本 工 作 应 用 热 电偶 和 自行研 制 的无线 测 温 系统 ， 通 过 实验 方 法 同 时测 定 了不 同边
搅拌 摩 擦焊 由于 具 有接 头 质 量 高 、 焊接 变 形 小 和焊 接过 程 绿色 、 无 污 染 等 优 点 ． ， 是铝 、 镁 等 有 色 金属 合金 优 选 的焊 接 方 法 。搅 拌 摩 擦 焊 热 过 程
一
拌头 自身 温度 场 的影响 。
１ 实验 设 计
搅 拌 摩 擦 焊过 程 中 ， 搅 拌 头受 到 较 为复 杂 的温 度和 载荷 的交 互 作 用 。基 于搅 拌 头 各 项 功 能 的 实
赵 阳阳 ， 李敬 勇 ， 李 兴 学
（ １ ．江 苏 科 技 大学 先 进 焊 接 技 术 省级 重 点 实 验 室 ， 江苏 镇 江 ２ １ ２ ０ ０ ３ ； ２ ．神 华 国 能 集 团检 修 公 司 安 监 部 ， 河南 焦作 ４ ５ ４ ０ ０ １ ）
摘要 ： 测 定 焊 接 试 板 及 搅 拌 头 自身 的 温 度 分 布 曲 线 ， 分 析 搅 拌 头 材 质 对 搅 拌 摩 擦 焊 温 度 场 的 影 响 。 结 果 表
明， 采 用不 同材 质搅 拌 头 ， 焊 接 试 板 及 搅 拌 头 自身 温 度 场 分 布 规 律 相 同 。 焊 接 试 板 温 度 及 温 度 梯 度 随 测 温 点
远 离 焊 缝 中心 逐 渐 降 低 ， 焊 接方 向测 温 点 的峰值 温 度 依 次 升 高 ， 前 进 侧 温 度 高 于 后 退 侧 。稳 定 焊 接 阶 段 ， 摩 擦 产 热传 递至 搅拌 头 的热 量与 通过 其 散失 的热 量保 持动 态平 衡 ， 搅 拌 头 温 度 波 动 很 小 。采 用 比 热 容 小 、 热 传 导系 数大 的材 料 制作 搅拌 头焊 接 时 ， 一 方面 可 以向焊 接试 板输 入更 多 的热量 ， 另 一 方 面 其 自身 散 失 的 热 量 也 更多 ， 焊 接 试 板 及 搅 拌 头 自身 的 温 度 均 较 高 。 因 此 ， 搅拌 头 材 质 的选 择 应 综 合评 定 其 热 物 理特 性 ， 以 获 得 摩 擦 偶 之间 更高 的热 效 率 。 关 键词 ： 搅拌摩擦焊 ； 搅拌头材质 ； 搅拌头温度场 ； 焊 接 试 板 温 度 场