外文翻譯--攪拌摩擦焊攪拌頭在材料流動(dòng)和焊縫形成時(shí)的作用 中文版.doc

外文翻譯畢業(yè)設(shè)計(jì)題目：火箭燃料貯箱FSW焊接用組合夾具設(shè)計(jì)原文：Theroleoffrictionstirweldingtoolonmaterialflowandweldformation譯文：攪拌摩擦焊攪拌頭在材料流動(dòng)與焊縫成形方面的作用攪拌摩擦焊攪拌頭在材料流動(dòng)和焊縫形成時(shí)的作用作者：K.Kumar,SatishV.Kailas國(guó)籍：印度出處：愛(ài)思唯爾科技部摘要：本文嘗試讓人理解攪拌摩擦焊焊縫形成的機(jī)制以及攪拌摩擦焊攪拌頭在這里面所起的作用。通過(guò)特殊的焊接實(shí)驗(yàn)過(guò)程來(lái)理解材料流動(dòng)的模式，其中攪拌摩擦焊攪拌頭和基材的相互影響是逐漸增加的。結(jié)果表明，在攪拌摩擦焊焊縫形成過(guò)程中一共有兩種材料流動(dòng)規(guī)則，分別命名為“pin-driven流動(dòng)”與“shoulder-driven流動(dòng)”。這些材料的流動(dòng)規(guī)則混合在一起成為一個(gè)完整的焊接。這些規(guī)則明顯的對(duì)比導(dǎo)致在攪拌摩擦焊焊接過(guò)程中產(chǎn)生洋蔥圈模式。此外，根據(jù)材料流動(dòng)特性，焊縫形成的機(jī)制也被提出。關(guān)鍵詞：攪拌摩擦焊材料流動(dòng)機(jī)制缺陷攪拌頭設(shè)計(jì)1.介紹：環(huán)境友好型攪拌摩擦焊工藝是高強(qiáng)度鋁合金焊接的有潛力且行之有效的方法。這種固態(tài)局部熱力結(jié)合工藝主要用于無(wú)消耗對(duì)接和搭接。一般來(lái)說(shuō)，這個(gè)工藝是通過(guò)把一個(gè)旋轉(zhuǎn)的攪拌摩擦焊攪拌頭插入到兩塊緊固夾塊的連接處來(lái)實(shí)現(xiàn)的，直到軸肩接觸到材料正在被焊接的表面，這一過(guò)程會(huì)沿著焊接線進(jìn)行。摩擦熱和形變熱在法向力作用下被用于焊接。主要熱源是來(lái)自攪拌頭軸肩的摩擦熱，次要熱源是來(lái)自攪拌頭的形變熱。攪拌摩擦焊的工序和術(shù)語(yǔ)在圖1中用圖示的方式表示出來(lái)。攪拌頭旋轉(zhuǎn)的速度矢量是前進(jìn)側(cè)（AS），橫向相同，與速度矢量相對(duì)的是回轉(zhuǎn)側(cè)（RS）。工藝參數(shù)是刀具的幾何形狀，軸向力，旋轉(zhuǎn)速度，進(jìn)給速度，傾斜角度。刀具的傾斜角度指刀具的軸線與金屬板被焊表面之間的角度。通常顯微鏡研究顯示攪拌摩擦焊在微觀結(jié)構(gòu)特點(diǎn)上有四個(gè)不同的區(qū)域，分別名為焊核區(qū)（WN）、熱機(jī)影響區(qū)（TMAZ）、熱影響區(qū)（HAZ）以及基材（或者叫母材）。攪拌頭的幾何形狀被認(rèn)為是影響材料流動(dòng)和熱量輸入的其中一個(gè)主要因素，這反過(guò)來(lái)也會(huì)影響焊縫的質(zhì)量。通過(guò)數(shù)據(jù)研究攪拌頭角度在不同區(qū)域的影響，晶粒的尺寸以及焊接強(qiáng)度，發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)的結(jié)果和模型十分吻合。Kumar與Kailas用不同外型的攪拌頭進(jìn)行試驗(yàn)解釋了軸肩直徑，攪拌頭直徑和攪拌頭外形對(duì)缺口的大小位置，力學(xué)性能，最終晶粒尺寸上的影響。但是，在攪拌摩擦焊設(shè)計(jì)方面并沒(méi)有足夠的理論背景。在大多數(shù)調(diào)查報(bào)告中，由于很多原因，攪拌頭外型沒(méi)被提到。Mishra與Ma指出，大多數(shù)攪拌頭的設(shè)計(jì)都來(lái)自于直觀的理念。推進(jìn)攪拌摩擦焊攪拌頭設(shè)計(jì)理念的第一步是了解攪拌頭在攪拌摩擦焊縫成形時(shí)的作用。在固態(tài)焊接中，焊縫成形的公認(rèn)原則認(rèn)為當(dāng)一對(duì)無(wú)污染的表面距離相近到原子間距時(shí)，是原子間的作用力導(dǎo)致它們互相粘合。在大多數(shù)固態(tài)焊接工藝中，像鍛焊，擴(kuò)散焊，摩擦焊，爆炸焊，超聲波焊，滾焊等等，粘接是靠在規(guī)定的壓力和溫度下，消除氧化層和雜質(zhì)來(lái)不斷產(chǎn)生新的金屬接觸面而形成的。這些工藝通過(guò)修改基材的接合面來(lái)滿(mǎn)足固態(tài)焊接的條件，這么做不會(huì)產(chǎn)生額外的表面。相反，在攪拌摩擦焊中，由于第三者（攪拌頭）的加入，焊接工藝過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生額外的接合面。最后，在正確的壓力和溫度下，所有的表面結(jié)合在一起，這就是固態(tài)焊接產(chǎn)生聲音的原因。因此，只有當(dāng)攪拌頭的作用被知曉時(shí)，攪拌摩擦焊焊縫形成機(jī)制才能被清楚的知道。研究材料流動(dòng)能夠很好的了解到攪拌頭在焊縫成形時(shí)的作用。根據(jù)大量的研究資料，通過(guò)電腦分析材料的流動(dòng)，得出結(jié)論，材料流動(dòng)是復(fù)雜的難懂的。一般情況下，材料流動(dòng)的可視化是通過(guò)在焊接痕跡中引入一個(gè)標(biāo)記材料或者其他材料，在焊接后，可以通過(guò)X光或者斷層或差分蝕刻找到這個(gè)被標(biāo)記材料，以此與初始位置比較。但是，有人說(shuō)引入的標(biāo)記材料破壞了材料流動(dòng)的自然性，因?yàn)椴煌牟牧狭鲃?dòng)性是不同的，這會(huì)形成新的接合面。在另一方面，不同的材料在不同情況流動(dòng)原則不同，不能拿來(lái)于攪拌摩擦焊接過(guò)程中的情況來(lái)相似比較。弗拉蒂尼等對(duì)材料流動(dòng)的研究做出了巨大貢獻(xiàn)。他們通過(guò)分析微觀組織的演變把材料流動(dòng)具體化。攪拌摩擦焊接中有個(gè)有意思的現(xiàn)象是圈模式的形成。在這方面弗拉蒂尼和司南有研究。司南解釋說(shuō)洋蔥圈的形成就像粘土模型。他指出，洋蔥圈的形成是一個(gè)幾何現(xiàn)象。他說(shuō)，大量半圓柱形的材料在每次攪拌頭旋轉(zhuǎn)時(shí)受擠壓，橫截面切片通過(guò)這些半圓柱就形成了洋蔥圈形狀。弗拉蒂尼等人用數(shù)值模型解釋洋蔥圈模式的形成，他們認(rèn)為材料從回轉(zhuǎn)側(cè)進(jìn)入運(yùn)動(dòng)區(qū)域并在攪拌頭后面旋轉(zhuǎn)。但是，沒(méi)有任何實(shí)驗(yàn)證據(jù)能夠證明洋蔥圈模式形成機(jī)制是正確的。另外一個(gè)重要的方面是攪拌摩擦焊中瑕疵的形成機(jī)制。Kim，艾爾高凡以及Balasubramanian提出了大量有關(guān)腔，溝，洞等缺陷的形成機(jī)制。不久他們就斷定是供熱不足或過(guò)熱以及異常的攪拌造成缺陷的形成。藏等人認(rèn)為在鎂鋁合金的攪拌摩擦焊接過(guò)程中氣孔的形成是由于肩部底部壓力不足。但是，沒(méi)有任何有價(jià)值的信息說(shuō)明攪拌頭在缺憾形成中起到作用。在本次調(diào)查中，通過(guò)分析材料流動(dòng)情況來(lái)分析攪拌頭在攪拌摩擦焊接過(guò)程中所取得的作用這個(gè)簡(jiǎn)單的方法被提出。此次調(diào)查，材料流動(dòng)的分析不是依靠外來(lái)引入的標(biāo)記材料，而是靠觀察與分析攪拌摩擦焊接的形成機(jī)制以及缺陷的形成機(jī)制和洋蔥圈模式。2.實(shí)驗(yàn)方法實(shí)驗(yàn)中使用的基材是7020-T6。7020是一種在航天工業(yè)里用作構(gòu)架的中等強(qiáng)度的鋅鎂鋁合金。其標(biāo)準(zhǔn)的合金成分是鋅占4.63%左右，鎂占1.13%，剩余的都是鋁?；拇笮?00m*75mm*4.4mm。這次研究中所使用的攪拌頭有著長(zhǎng)約4.2mm，頂部直徑6mm底部直徑4mm的攪拌針，并有直徑為20mm的平肩。圓臺(tái)型攪拌針輪廓是根據(jù)普拉多和Murr提出的自