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1、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：The role of friction stir welding tool on material flow and weld formation译文：搅拌摩擦焊搅拌头在材料流动与焊缝成形方面的作用 搅拌摩擦焊搅拌头在材料流动和焊缝形成时的作用作者：K. Kumar, Satish V. Kailas国籍：印度出处：爱思唯尔科技部摘要：本文尝试让人理解搅拌摩擦焊焊缝形成的机制以及搅拌摩擦焊搅拌头在这里面所起的作用。通过特殊的焊接实验过程来理解材料流动的模式，其中搅拌摩擦焊搅拌头和基材的相互影响是逐渐增加的。结果表明，在搅拌

2、摩擦焊焊缝形成过程中一共有两种材料流动规则，分别命名为“pin-driven流动”与“shoulder-driven流动”。这些材料的流动规则混合在一起成为一个完整的焊接。这些规则明显的对比导致在搅拌摩擦焊焊接过程中产生洋葱圈模式。此外，根据材料流动特性，焊缝形成的机制也被提出。关键词：搅拌摩擦焊 材料流动 机制 缺陷 搅拌头设计1.介绍：环境友好型搅拌摩擦焊工艺是高强度铝合金焊接的有潜力且行之有效的方法。这种固态局部热力结合工艺主要用于无消耗对接和搭接。一般来说，这个工艺是通过把一个旋转的搅拌摩擦焊搅拌头插入到两块紧固夹块的连接处来实现的，直到轴肩接触到材料正在被焊接的表面，这一过程会沿着焊

3、接线进行。摩擦热和形变热在法向力作用下被用于焊接。主要热源是来自搅拌头轴肩的摩擦热，次要热源是来自搅拌头的形变热。搅拌摩擦焊的工序和术语在图1中用图示的方式表示出来。搅拌头旋转的速度矢量是前进侧（AS），横向相同，与速度矢量相对的是回转侧（RS）。工艺参数是刀具的几何形状，轴向力，旋转速度，进给速度，倾斜角度。刀具的倾斜角度指刀具的轴线与金属板被焊表面之间的角度。通常显微镜研究显示搅拌摩擦焊在微观结构特点上有四个不同的区域，分别名为焊核区（WN）、热机影响区（TMAZ）、热影响区（HAZ）以及基材（或者叫母材）。搅拌头的几何形状被认为是影响材料流动和热量输入的其中一个主要因素，这反过来也会影响

4、焊缝的质量。通过数据研究搅拌头角度在不同区域的影响，晶粒的尺寸以及焊接强度，发现实验的结果和模型十分吻合。Kumar与Kailas用不同外型的搅拌头进行试验解释了轴肩直径，搅拌头直径和搅拌头外形对缺口的大小位置，力学性能，最终晶粒尺寸上的影响。但是，在搅拌摩擦焊设计方面并没有足够的理论背景。在大多数调查报告中，由于很多原因，搅拌头外型没被提到。Mishra与Ma指出，大多数搅拌头的设计都来自于直观的理念。推进搅拌摩擦焊搅拌头设计理念的第一步是了解搅拌头在搅拌摩擦焊缝成形时的作用。在固态焊接中，焊缝成形的公认原则认为当一对无污染的表面距离相近到原子间距时，是原子间的作用力导致它们互相粘合。在大多

5、数固态焊接工艺中，像锻焊，扩散焊，摩擦焊，爆炸焊，超声波焊，滚焊等等，粘接是靠在规定的压力和温度下，消除氧化层和杂质来不断产生新的金属接触面而形成的。这些工艺通过修改基材的接合面来满足固态焊接的条件，这么做不会产生额外的表面。相反，在搅拌摩擦焊中，由于第三者（搅拌头）的加入，焊接工艺过程中会产生额外的接合面。最后，在正确的压力和温度下，所有的表面结合在一起，这就是固态焊接产生声音的原因。因此，只有当搅拌头的作用被知晓时，搅拌摩擦焊焊缝形成机制才能被清楚的知道。研究材料流动能够很好的了解到搅拌头在焊缝成形时的作用。根据大量的研究资料，通过电脑分析材料的流动，得出结论，材料流动是复杂的难懂的。一般

6、情况下，材料流动的可视化是通过在焊接痕迹中引入一个标记材料或者其他材料，在焊接后，可以通过X光或者断层或差分蚀刻找到这个被标记材料，以此与初始位置比较。但是，有人说引入的标记材料破坏了材料流动的自然性，因为不同的材料流动性是不同的，这会形成新的接合面。在另一方面，不同的材料在不同情况流动原则不同，不能拿来于搅拌摩擦焊接过程中的情况来相似比较。弗拉蒂尼等对材料流动的研究做出了巨大贡献。他们通过分析微观组织的演变把材料流动具体化。搅拌摩擦焊接中有个有意思的现象是圈模式的形成。在这方面弗拉蒂尼和司南有研究。司南解释说洋葱圈的形成就像粘土模型。他指出，洋葱圈的形成是一个几何现象。他说，大量半圆柱形的材

7、料在每次搅拌头旋转时受挤压，横截面切片通过这些半圆柱就形成了洋葱圈形状。弗拉蒂尼等人用数值模型解释洋葱圈模式的形成，他们认为材料从回转侧进入运动区域并在搅拌头后面旋转。但是，没有任何实验证据能够证明洋葱圈模式形成机制是正确的。另外一个重要的方面是搅拌摩擦焊中瑕疵的形成机制。Kim，艾尔高凡以及Balasubramanian提出了大量有关腔，沟，洞等缺陷的形成机制。不久他们就断定是供热不足或过热以及异常的搅拌造成缺陷的形成。藏等人认为在镁铝合金的搅拌摩擦焊接过程中气孔的形成是由于肩部底部压力不足。但是，没有任何有价值的信息说明搅拌头在缺憾形成中起到作用。在本次调查中，通过分析材料流动情况来分析搅

8、拌头在搅拌摩擦焊接过程中所取得的作用这个简单的方法被提出。此次调查，材料流动的分析不是依靠外来引入的标记材料，而是靠观察与分析搅拌摩擦焊接的形成机制以及缺陷的形成机制和洋葱圈模式。2.实验方法实验中使用的基材是7020-T6。7020是一种在航天工业里用作构架的中等强度的锌镁铝合金。其标准的合金成分是锌占4.63%左右，镁占1.13%，剩余的都是铝。基材大小为300m*75mm*4.4mm。这次研究中所使用的搅拌头有着长约4.2mm，顶部直径6mm底部直径4mm的搅拌针，并有直径为20mm的平肩。圆台型搅拌针轮廓是根据普拉多和Murr提出的自优化搅拌头几何理论而定。搅拌头的材料是用比55HRC更硬的HDS(H13)。在这次调查中，焊接的速度保持在80mm/min,搅拌头旋转速度保持在1400rpm,搅拌头后倾角保持在2。这次搅拌摩擦焊试验通过一个升降台型立式铣床的调整来组合对接焊接。