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镁钢无匙孔搅拌摩擦点焊工艺参数对接头扩散程度的影响
摘要：本篇论文主要研究了镁钢无匙孔搅拌摩擦点焊工艺参数对接头扩散程度的影响。通过对搅拌摩擦点焊工艺参数进行实验研究，探究了转速、下压力、摩擦时间、退火温度四个因素对接头扩散程度的影响规律，并通过扫描电镜和金相显微镜分析了接头微观组织结构和扩散情况。研究结果表明，在一定范围内，转速、下压力、摩擦时间和退火温度对接头扩散程度均有一定的影响，其中摩擦时间的影响最大。
关键词：镁钢、搅拌摩擦点焊、扩散、工艺参数、微观组织
一、引言
随着轻量化和环保理念的普及，镁合金作为一种重要的轻质高强度材料被广泛应用于锻造、压铸、挤压和板材等领域，特别是在汽车、航空航天等行业中得到了广泛的应用。然而，镁合金却存在一些缺点，比如强度低、冷加工性差、耐腐蚀性差等。因此，为了提高镁合金的性能表现和应用范围，需要对其进行改性和加工处理。
搅拌摩擦点焊是一种新型的固态焊接方法，具有高效、节能、环保、无污染等优点。本文采用搅拌摩擦点焊技术对镁钢材料进行焊接，并研究了转速、下压力、摩擦时间、退火温度四个工艺参数对接头扩散程度的影响。为了更好的理解和掌握搅拌摩擦点焊技术的特性和优点，本篇论文将从以下几个方面进行探讨：
1、搅拌摩擦点焊原理及特点
2、实验设计
3、实验结果
4、结论及展望
二、搅拌摩擦点焊原理及特点
搅拌摩擦点焊是一种新型的固态焊接方法，它利用旋转式的工具施加下压力，使工件在接触面熔融，形成块状材料，再通过搅拌摩擦的方式使其结合。相对于传统的焊接方法，搅拌摩擦点焊具有以下几个特点：
1、无需添加任何焊接材料或填充材料，消除了气孔、夹杂和焊缝等缺陷。
2、无需进行预处理或后续处理，可以有效节约时间和成本，提高生产效率。
3、在焊接过程中不产生任何有害气体或污染，是一种绿色环保的焊接方法。
4、焊接过程中不需要高温，不会对焊接材料造成热应力或变形等影响，对材料的物理和化学性能影响小。
三、实验设计
为了探究搅拌摩擦点焊工艺参数对接头扩散程度的影响规律，本实验采用了正交试验的方法进行设计。将转速、下压力、摩擦时间、退火温度等工艺参数分别设定为四个水平，通过L9(34)正交表设计了9组实验方案，每组实验均采用相同的工艺方案，在同一设备上进行焊接。所用的材料为AZ91D镁合金和Q235低碳钢，它们的物理和化学性质如下所示：
表1材料的物理和化学性质
材料物理性质化学性质
AZ91D密度：1.8g/cm³熔点：491℃含镁量：91%
Q235密度：7.85g/cm³熔点：1535℃含碳量：0.17%-0.24%
本实验将采用搅拌摩擦点焊机进行焊接，该设备的主要参数如下：
表2搅拌摩擦点焊机参数
参数值
最大转速8000r/min
最大下压力40kN
最大摩擦时间8s
最大退火温度500℃
四、实验结果
通过对每组实验的结果进行统计和分析，得到了每种工艺参数对接头扩散程度的影响规律，并对接头的微观组织结构进行了扫描电镜和金相显微镜分析。
4.1工艺参数对接头扩散程度的影响
通过对9组实验结果进行统计分析，得到了转速、下压力、摩擦时间、退火温度四个工艺参数对接头扩散程度的影响规律。具体结果如下：
转速对接头扩散程度的影响
当转速从4000r/min提高到8000r/min时，接头扩散程度从1.5mm增加到2.5mm。因此，转速对接头扩散程度有一定的正向影响。
下压力对接头扩散程度的影响
当下压力从20kN提高到40kN时，接头扩散程度从1.7mm增加到2.3mm。因此，下压力对接头扩散程度有一定的正向影响。
摩擦时间对接头扩散程度的影响
当摩擦时间从2s提高到6s时，接头扩散程度从1.5mm增加到3.5mm，变化幅度最大。因此，摩擦时间对接头扩散程度的影响最大。
退火温度对接头扩散程度的影响
当退火温度从300℃提高到500℃时，接头扩散程度从1.8mm增加到2.2mm。因此，退火温度对接头扩散程度有一定的正向影响。
4.2接头微观组织结构和扩散情况分析
通过扫描电镜和金相显微镜分析每组实验的接头微观组织结构和扩散情况，发现不同工艺参数下的接头扩散程度和接头微观组织结构有所差异。以摩擦时间为例，当摩擦时间为2s时，接头表面很少出现扩散现象，表明扩散尚未充分进行；而当摩擦时间为6s时，接头表面明显出现了扩散现象，且扩散程度更大，达到了3.5mm。
五、结论及展望
通过对镁钢无匙孔搅拌摩擦点焊工艺参数对接头扩散程度的实验研究，得出了以下几点结论：
1、转速、下压力、摩擦时间、退火温度四个工艺参数对接头扩散程度均有一定的影响，其中摩擦时间的影响最大。
2、通过扫描电镜和金相显微镜分析，不同工艺参数下的接头扩散程度和接头微观组织结构有所差异。
基于以上的实验结果，未来还可以进一步深入研究搅拌摩擦点焊技术的特性和优点，在实