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

摩擦搅拌焊接实验

摩擦搅拌焊接（FSW）是将旋转的搅拌头插入两个刚性夹紧板材的界面，直至搅拌头肩部与被焊接材料表面接触。搅拌头沿焊缝和接头线移动，使材料从前进侧流向后退侧，搅拌头肩部将搅拌针后侧的材料压实，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。

实验过程
- 材料选择 ：选用尺寸为 150×90×6mm 的 Al6061 作为焊接材料，H13 工具钢制作搅拌头。搅拌针直径 6mm，长度 5.5mm，搅拌头肩部直径分别为 22mm、24mm 和 26mm。
- 实验设置 ：分别在有水和无水的条件下进行摩擦搅拌焊接实验，并对比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 ：实验选取了三个工艺参数，每个参数设置了三个水平，具体如下表所示：
|参数|低水平|中水平|高水平|
| ---- | ---- | ---- | ---- |
|工具旋转速度（rpm）（TRS）|2250|2500|2750|
|工具横向速度（mm/min）（TTS）|10|15|20|
|工具肩部直径（mm）（TSD）|22|24|26|

实验结果与分析
- UTS 测试结果 ：不同工艺参数组合