运载火箭贮箱铝合金搅拌摩擦焊工艺机理及质量控制研究

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发表于 2022-4-15 20:43:04 | 显示全部楼层 |阅读模式
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雅宝题库答案
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雅宝题库解析:
新一代运载火箭贮箱制造选用2219铝合金为主体材料,该材料采用传统熔焊工艺易产生气孔、夹杂等缺陷,英国焊接研究所发明的搅拌摩擦焊(Friction Stir Welding,以下简称FSW)技术为该材料的焊接提供了优选的解决方案。通过2219铝合金FSW工艺试验,研究各因素对搅拌摩擦焊工艺、焊缝金属塑性体流动行为和温度场分布的影响,对于搅拌摩擦焊接头质量控制和FSW技术在运载火箭贮箱制造上的工程应用具有重要的理论和实际意义。针对6mm厚贮箱用铝合金板材进行了FSW工艺试验,对接头微观组织和力学性能进行检测,确定了合理的工艺方案。采用优选的工艺参数完成了φ500mm和φ3350mm贮箱试验件的焊接,试验结果满足设计要求,为新一代运载火箭贮箱纵缝的搅拌摩擦焊工程应用奠定了技术基础。为获得运载火箭贮箱纵缝FSW优选工艺规范,研究了FSW的摩擦机制和热生成机制。研究表明,在FSW力热过程中,搅拌头与被焊材料接触摩擦界面上发生剧烈塑性变形和塑性流动,是FSW过程中的热源。粘滞耗散是FSW过程中最主要的产热原因。用非平衡态热力学的理论和方法分析了搅拌摩擦焊过程的熵产生,认为搅拌摩擦焊过程是由热传导过程、粘滞性流动过程和扩散过程共同产生。建立了FSW过程三维数值分析模型,采用力热耦合的有限元方法分析了稳定焊接阶段FSW过程中的温度场和变形场的分布状态。模拟结果显示了稳定焊接阶段温度场和应力应变场的分布情况,对于深刻了解焊接过程中焊缝的实际状态具有重要意义。分析了铝合金搅拌摩擦焊缺陷类型和形成机制,FSW接头中可能存在飞边、毛刺、表面沟槽等外部缺陷以及弱结合、未焊透、趾跟缺陷和结合面氧化物残留等内部缺陷,可采用剖切检查、X光和相控阵超声波无损检测三种方法进行检查,其中相控阵超声波无损检测方法可检测接头中特有的弱结合缺陷,在工程应用中,这三种方法需要联合应用。焊接工艺参数对焊缝的外观成形、内部质量以及力学性能有直接影响,建立了用线能量因子表征的2219铝合金搅拌摩擦焊工艺可行域,在该区域内接头外观和内部质量良好,力学性能满足设计要求。在FSW的工程应用中,可能影响接头质量的因素包括搅拌头偏移距离、对接间隙、板厚差、焊接次数以及表面预处理状态等,通过试验,研究了这些因素对焊缝质量的影响规律,确定了这些影响因素在确保质量下的边界条件,为控制FSW焊缝质量,使FSW技术在工程实际中的应用提供了重要保证。





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