【摘 要】
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铝合金与热塑性聚合物的搅拌摩擦搭接焊(Friction Stir Lap Welding,FSLW)中,由于焊接材料之间较大的理化性能差异,接头中存在由于收缩变形不协调而出现的孔洞、界面应力过大而出现的材料拉脱等体积型缺陷,这些缺陷的存在严重影响了接头的力学性能。针对这些问题,本研究提出以辅助加热工艺实现FSLW中“等温峰降转速”、“降应力防拉脱”的思想,通过改善表面成形、消除内部缺陷、优化界面结
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铝合金与热塑性聚合物的搅拌摩擦搭接焊(Friction Stir Lap Welding,FSLW)中,由于焊接材料之间较大的理化性能差异,接头中存在由于收缩变形不协调而出现的孔洞、界面应力过大而出现的材料拉脱等体积型缺陷,这些缺陷的存在严重影响了接头的力学性能。针对这些问题,本研究提出以辅助加热工艺实现FSLW中“等温峰降转速”、“降应力防拉脱”的思想,通过改善表面成形、消除内部缺陷、优化界面结构,提升接头的连接质量。研究工作以7075铝合金与PEEK聚合物材料为试验对象,从不同焊接参数下接头的表面成形、显微结构、力学性能与断裂行为等方面重点研究了辅助加热工艺对于FSLW接头的影响规律。焊接数值模拟与试验结果表明,辅助加热工艺有效实现了“等温峰降转速”,增强了上板铝合金对于聚合物材料上溢的密封作用,从而改善了接头表面成形。同时,焊缝两侧的辅助加热工艺通过在焊接过程中提供热拉伸的效果使得接头搭接界面的纵向残余拉应力峰值降低了15.8%,消除了常规FSLW接头的界面材料拉脱缺陷,达到了“降应力防拉脱”的效果。在FSLW过程中,辅助加热工艺拓宽了界面高温结合区的面积,缓解了升、降温趋势。同时,由于其增加了搅拌作用区的材料流动性,在焊接参数为500 rpm-40 mm/min的辅助加热FSLW工艺下获得了具有“铝锚”型界面宏观机械互锁的无缺陷接头,最大拉剪强度达到22.21 MPa,比常规FSLW工艺下接头的最大拉剪强度14.55 MPa提升了52.64%。由于薄弱位置的改变,接头断裂模式由常规FSLW的Ⅰ、Ⅱ型拉伸与Ⅲ型剪切断裂转变为辅助加热FSLW的Ⅲ、Ⅳ型剪切断裂。
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