14、摩擦搅拌焊接与磨损颗粒分形分析研究

摩擦搅拌焊接与磨损颗粒分形分析研究

1. 摩擦搅拌焊接实验

摩擦搅拌焊接（FSW）是一种将旋转的搅拌头插入刚性夹紧的两片材料界面，直至搅拌头肩部与被焊接材料表面接触的焊接方法。搅拌头沿焊缝和接头线移动，使材料从前进侧流向后退侧，搅拌头肩部在搅拌针后侧将材料压实，形成固态焊缝。水下环境和提高焊接速度有助于增加析出相体积分数，减小焊缝熔核的平均晶粒和析出相尺寸。

1.1 实验过程

• 材料选择 ：选用尺寸为 150 × 90 × 6 mm 的 Al6061 合金作为焊接材料，H13 工具钢作为搅拌头材料。搅拌针直径为 6 mm，长度为 5.5 mm，搅拌头肩部直径分别为 22、24 和 26 mm。
• 实验设置 ：分别在有水和无水的条件下进行摩擦搅拌焊接，并比较两种情况下焊接接头的极限抗拉强度（UTS）。实验在垂直铣削中心 PX20 上完成，焊接试样的 UTS 测试按照 ASME 第 IX 节标准进行。
• 参数设置 ：实验采用 Taguchi L9 方法，研究搅拌头旋转速度（TRS）、横向移动速度（TTS）和肩部直径（TSD）对 UTS 的影响。具体参数水平设置如下表所示：
  | 参数 | 低水平 | 中水平 | 高水平 |
  | — | — | — | — |
  | 搅拌头旋转速度（rpm）（TRS） | 2250 | 2500 | 2750 |
  | 搅拌头横向速度（mm/min）（TTS） | 10 | 15 | 20 |
  | 搅拌头肩部直径（mm）（TSD） | 2