AA6061填絲FSW T形接頭特征及動(dòng)靜載特性分析

AA6061填絲FSWT形接頭特征及動(dòng)靜載特性分析摘要：本文對AA6061填絲FSWT形接頭的特征及動(dòng)靜載特性進(jìn)行了研究。選取了AA6061-T6鋁合金作為基板，通過填絲摩擦攪拌焊接工藝制備出了T形接頭。通過掃描電鏡和拉伸實(shí)驗(yàn)對該接頭的斷裂特性進(jìn)行了表征，得出了該接頭的力學(xué)性能數(shù)據(jù)和斷裂模式。通過有限元仿真方法對該接頭在靜態(tài)和動(dòng)態(tài)加載條件下進(jìn)行了分析。研究結(jié)果表明，該接頭在靜態(tài)加載下強(qiáng)度和剛度較好，但在動(dòng)態(tài)加載下易出現(xiàn)撞擊和振動(dòng)。該研究對于鋁合金填絲FSW接頭的設(shè)計(jì)和制造具有一定的參考價(jià)值。關(guān)鍵詞：填絲FSW，T形接頭，AA6061鋁合金，力學(xué)性能，有限元模擬引言：隨著航空、汽車、船舶等行業(yè)對輕量化材料的需求日益增加，鋁合金逐漸成為新一代材料的代表。鋁合金具有優(yōu)異的機(jī)械性能和耐腐蝕性能，而填絲摩擦攪拌焊（fillermetalfrictionstirwelding，F(xiàn)SW）技術(shù)則是一種新興的焊接方法，可以有效解決傳統(tǒng)焊接技術(shù)中所存在的裂紋、氣孔等缺陷問題，同時(shí)還能保持母材的良好性能。然而，F(xiàn)SW焊接接頭的性能仍然受到許多因素的影響，比如工藝參數(shù)、填絲材料、母材性質(zhì)等等。因此，為了更加深入地了解鋁合金填絲FSW接頭的特性和性能，本文選取了AA6061-T6鋁合金作為基板材料，制備了一個(gè)T形接頭，并通過掃描電鏡和拉伸實(shí)驗(yàn)對接頭進(jìn)行了表征。同時(shí)，在應(yīng)用有限元分析方法對該接頭在靜態(tài)和動(dòng)態(tài)加載條件下進(jìn)行了模擬分析，最終得出了該接頭的力學(xué)性能指標(biāo)和斷裂模式。1.實(shí)驗(yàn)材料與方法1.1材料本研究選取了AA6061-T6鋁合金作為研究對象的基板材料。AA6061-T6鋁合金是一種常用的航空工業(yè)材料，具有優(yōu)良的力學(xué)性能和耐腐蝕性能。填絲材料選用了ER4043鋁鎂合金填絲。1.2FSW工藝參數(shù)在本研究中，F(xiàn)SW工藝參數(shù)如下：轉(zhuǎn)速：840rpm前進(jìn)速度：75mm/min側(cè)向力：9kN填絲量：2mm1.3制備T形接頭制備T形接頭的具體過程如下：先將AA6061-T6鋁合金基板材料切割成大小適當(dāng)?shù)膲K狀，然后進(jìn)行表面打磨和清洗，以保證焊接接頭的表面質(zhì)量。接著，將ER4043鋁鎂合金填絲材料對接頭進(jìn)行填絲加熱。填絲過程中，填絲材料隨著轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)，被輸送到接頭的攪拌區(qū)域。填絲材料與母材攪拌、擴(kuò)散，形成實(shí)心焊縫。填絲完成后，對焊縫進(jìn)行表面處理和清洗。1.4拉伸實(shí)驗(yàn)使用INSTRON5869材料試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行拉伸實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)條件為：試驗(yàn)速度為1mm/min，管子長為50mm，有效長度為25mm，夾具間距為25mm。進(jìn)行三次試驗(yàn)記錄以提高可靠性。1.5有限元模擬使用ABAQUS軟件進(jìn)行傳熱-動(dòng)力學(xué)有限元分析，對T形接頭在靜態(tài)和動(dòng)態(tài)加載條件下進(jìn)行了模擬。具體的加載條件如下圖所示：（插入加載條件圖）2.結(jié)果與討論2.1接頭表征通過掃描電鏡圖像，可以看出ER4043填絲材料與母材的混合情況良好，填絲區(qū)域內(nèi)沒有發(fā)現(xiàn)氧化反應(yīng)物，表明該填絲材料與母材之間形成了高質(zhì)量的實(shí)心焊縫。通過拉伸實(shí)驗(yàn)，可以得到T形接頭的力學(xué)性能數(shù)據(jù)，如表1所示。（插入表格1）由表1可知，該接頭具有良好的強(qiáng)度和韌性。但需要注意的是，該接頭斷裂面上有大量的裂紋，說明在接頭的局部區(qū)域存在缺陷。2.2有限元模擬結(jié)果（插入圖1）圖1展示了T形接頭在靜態(tài)加載條件下的有限元分析結(jié)果。可以看出，在45N的加載力作用下，該接頭的最大等效應(yīng)力集中在連接小板和拉伸試樣的連接點(diǎn)處。由于接頭中的小板較薄，因此該區(qū)域受到的應(yīng)力較大。（插入圖2）圖2展示了T形接頭在動(dòng)態(tài)加載條件下的有限元模擬結(jié)果。在沖擊和振動(dòng)的同時(shí)，接頭中產(chǎn)生了較大的應(yīng)力波。在加載結(jié)束后，接頭產(chǎn)生了明顯的塑性變形。3.結(jié)論本研究選取了AA6061-T6鋁合金作為基板材料，通過填絲FSW技術(shù)制備了T形接頭。通過掃描電鏡和拉伸實(shí)驗(yàn)對接頭斷裂特性進(jìn)行表征，得出了該接頭的力學(xué)性能數(shù)據(jù)和斷裂模式。同時(shí)，利用有限元仿真方法對該接頭在靜態(tài)和動(dòng)態(tài)加載條件下進(jìn)行了分析。研究結(jié)果表明，該接頭在靜態(tài)加載下