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外文翻译--搅拌摩擦焊在运输行业上的应用 中文版.doc

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外文翻译--搅拌摩擦焊在运输行业上的应用 中文版.doc

外文翻译毕业设计题目火箭燃料贮箱FSW焊接用组合夹具设计原文1Frictionstirweldingforthetransportationindustries译文1搅拌摩擦焊在运输行业上的应用搅拌摩擦焊在运输行业上的应用作者W.M.Thomas,E.D.Nicholas国籍英国出处爱思唯尔科技部本文将重点介绍较新兴的技术搅拌摩擦焊(简称FSW)。像所有的摩擦焊接一样,FSW也是在固相中进行的。一般的固相焊接方式是以一种古老的冶金工艺的形式被人们所熟知。搅拌摩擦焊接是一个比被加工面更硬的搅拌头连续自发无损耗的热剪切过程。另外,FSW产生的固相,以相对较低的代价得到变形小,表面不错的焊接面。从本质上讲,外形特殊的搅拌头的一部分插入接缝处。一旦进入焊缝,有相对运动的搅拌头与工件摩擦生热从而在接触的部分地方产生一个塑性变形区域。在工件的顶部和搅拌头轴肩的接触区域也会产生摩擦热。轴肩区域产生的额外的摩擦热提供了焊缝区并且起到了防止塑形状态材料溢出的作用。然后搅拌头沿着工件上的分型线前行,背后的塑性材料接合形成固相焊缝。虽然工件在搅拌摩擦焊时会变热但是不会达到熔点。搅拌摩擦焊可以加工大多数铝合金,并且不容易生成表面氧化物。到目前为止的实验证明,大部分适用于汽车、铁路、海运和航空运输产业的轻质材料都可以应用FSW来焊接。关键词搅拌摩擦焊运输产业固相介绍最近,一种新奇的摩擦焊接工艺吸引了有色金属材料的制造厂家。这种相对新颖的工艺被称为搅拌摩擦焊接(FSW),作为一种固相工艺能提供高质量的焊接和焊缝。这种搅拌摩擦焊接工艺被证明适用于制造高质量焊缝,并且可以用于大多数材料,包括那些在传统融合工艺看来很难焊接的材料。图1阐释了这种工艺的基本原理。这一工艺在焊接时通过一种比工件更硬的搅拌头旋转着与工件产生摩擦热,以这种方式通过热环境软化邻近焊缝区域的材料来焊接。这个搅拌头的形状是由一个大直径的轴肩与小直径的轴肩外加一个特殊的搅拌针组成。搅拌针第一次与工件接触是在接缝区域。最初插入时的接触摩擦在搅拌针周围以及搅拌针下面小区域范围内融出一个圆柱形。插入深度由搅拌针到搅拌头轴肩的距离决定。轴肩与工件的接触给予焊缝区额外的摩擦热,保证了在焊接过程中高度塑化材料不会溢出。一旦轴肩接触到相邻的热软化区域将形成与搅拌头几何形状相对应的截头锥体区域。这个热软化区的顶部更广泛的与轴肩接触并逐渐减小到与搅拌针底部一样大小。搅拌针与轴肩的摩擦热合并后在搅拌针附近与轴肩和工件接触的区域产生了塑形流态材料。物质流在搅拌头处环绕并在搅拌头后合并。搅拌摩擦焊可以被视为一个自发的锁孔接缝技术。这种合并焊接是自然的固相,没有显示出熔焊的缺陷。无需消耗填充材料,没有用到保护气体,无边缘配备。引起的扭曲也远远低于其他任何熔焊技术。实验所用铝材料厚度范围在1到75mm。FSW焊接试验早期的勘探开发性试验用的是6082T6型铝合金,厚度范围是1.6到12.7mm。最近的试验把厚度范围扩展到75mm以上。金相检验图24展示了一系列6082T6铝合金在厚度为50mm和75mm焊接时的可能性。这些焊接时的宏观金相试片特点是有明确界定的焊缝块和流动轮廓,轮廓近球形,这些轮廓依赖于搅拌头设计和焊接参数以及工艺条件。热处理材料的一个明确的热影响区域是围绕在焊接块区域和延伸到工件表面与轴肩直径焊接处。焊接块本身就是一个区域,那里有全动态重结晶出现,由细小的等轴晶粒结构组成。测得的晶粒直径大小在2到4μm。通常情况下,基材的化学性是保留的,没有任何合金元素偏析。从50mm厚的焊接试验处得到的硬度数据记录为下值金属断面的显微镜观察焊接样品是从6082T6金属的基材的焊接块区域的弯曲断裂处开槽口取50mm厚得到。断裂表面用扫描电子显微镜进行了研究。基材与焊接块焊接失败的原因在于微孔聚合机制,如图3.然而,在焊接块样本中缺少相对较大的微孔,这可能是由于在搅拌焊接时主要的组成粒子破裂了。机械完整性金属板厚度达50mm,横向截面弯曲测试为180度。图4展示了当横向截面部分是从75mm厚的钢板处截取时的三点弯曲测试的情况。图4还展示了在175牛顿平方米的热影响区时,一些拉伸试验通常都会失败。局部减少厚度的样品在拉伸试验中对应区域的硬度下降。工艺特点英国焊接研究所(TWI)的实验研究工作在于评估各种材料和发展其他摩擦搅拌焊接用搅拌头,旨在改善在搅拌针附近的流动塑形材料,并且能够加工更厚的金属板和拥有较高的进给速度。图5说明了所有旋转机械固有的自然动态轨道。这个偏心或多或少算是搅拌摩擦焊的一部分特点。偏心使流性不可压缩的塑性材料更容易在搅拌针附近流动。由此可见,一个偏心的或非圆的搅拌针也允许塑性材料通过其周围。基本上这是大多数的动态轨道探针与静态位移探针的关系,这有助于提供给塑性材料在旋转搅拌头间的一个从前缘到后沿的流动路径。针对不同的材料所做的搅拌头,文献中已经有大量的几何形状与风格。搅拌头定位时垂直于旋转搅拌头的前缘,提供了一个摩擦预热的效果,随后工件的热软化发生在探头的前面。这种预热在焊接较硬或比较困难的材料时是一种优势。旋转搅拌头的轴肩区域与结合表面接触的越多,摩擦产热就越有优势。然而轴肩区域的增加是由材料限制的,往往会在焊接表面产生闪光。搅拌摩擦焊在运输行业的潜力搅拌摩擦焊的潜在应用范围最初是铝、铜、铜合金、铅、钛,锌等材料,如下航空领域的机身,燃料罐,薄合金表面汽车制造业的薄车体,引擎支撑架运输行业中的火车车身,大体积运输罐造船业中高速渡轮的船体,甲板,内部结构以及液化石油气储存容器搅拌摩擦焊技术将会应用到更薄的板材并且有更高的横向速度能产生泡沫填充截面。随着技术的发展,更易弯曲的薄质板材的叠加焊接正在研究中。可移动回应性支承砧图6展示了一个微型的卡特彼勒履带,它能为旋转搅拌头提供实体支持,即移动砧。这样的设计适应一些组合结构,像传统的电阻焊接技术和应对材料厚度等于或小于1.5mm的情况。移动砧可以适当的和机器人对接来实现全自动缝焊与点焊。移动砧的方法也可以被认为是代替一种相对较大的机械。例如,可以替代一个穿过固定反应装置的旋转头,材料可以连续不断地通过滚轴输送到固定的工作台,装上一个移动砧,就像一台家用缝纫机一样。移动砧的概念可以考虑应用到航空与汽车工业上去。总结

注意事项

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