2。1试验材料及设备

2。1。1实验用镁合金板材

试验采用的材料为4mm厚的AZ31镁合金，有金属光泽，呈亮白色，具有良好的铸造性和切削加工性能，尺寸为200mm×85mm×4mm。镁合金化学成分和力学性能见表2-1和表2-2。

表2-1 AZ31镁合金化学成分 (w/％)

Al Mn Zn Si Fe Cu Ni Mg

3。1 0。48 0。88 0。01 0。0027 0。0015 0。0005 bal

表2-2 AZ31镁合金力学性能

屈服强度/MP 抗拉强度/MP 断后伸长率/％

167 259 9。5

2。1。2实验设备

(1)搅拌摩擦焊机

本试验所用的搅拌摩擦焊机为北京赛福斯特公司生产的FSW-3LM-002型搅拌摩擦焊机，属于龙门式数控搅拌摩擦焊机，如图2-1所示。

图2-1搅拌摩擦焊机

该设备系统主要包括主轴、机架、机头滑枕、数控移动工作平台、环缝夹具以及焊接参数控制、传感和记录系统等[19]，有人机控制界面，先进的焊接参数传感、控制、记录等。该设备焊接范围很广，可实现3~15mm厚的所有铝合金、镁合金、铜合金等板材的同种材料及异种材料的连接。论文网

(2)搅拌头

试验用搅拌头主要由搅拌针和轴肩组成。其中搅拌针一般是经过特殊设计，具有特殊的形状特点，其半径远小于轴肩半径。在FSW焊接过程中，待焊的工件通过夹具压紧，稳定的固定在焊机的垫板上，然后高速转动的搅拌针缓慢下移挤入工件内部，并且产生相对运动，起到提供热输入和机械搅拌下产生强烈塑性变形的作用。为了保证焊缝背面的良好成型，避免搅拌针与垫板相接触防止破坏工件，所以搅拌针的长度要小于待焊工件厚度。本试验选用带有左螺旋的、轴肩内凹的圆台形搅拌针。其形状及几何尺寸分别如图2-2、表2-3所示。

图2-2试验用搅拌头形状示意图

表2-3搅拌头几何尺寸

轴肩直径D1/mm 搅拌针根部直径D2/mm 搅拌针端部宽度L1/mm 搅拌针长度L2/mm 搅拌针外螺纹

16。0 4。0 3。0 3。6 左旋

 (3)超声振动装置

超声波发生器是超声波系统的基础，它一般由电源、震荡级、电压放大级和功率放大级组成。超声波系统中的换能器只接受交流电信号，因此，超声波发生器将工频交流电转换为超声频的高频交流信号。超声波发生器的原理是发射一个与换能器额定频率相同的脉冲信号或者正弦的频率信号，之后经过功率放大级在经过阻抗匹配，让输出来的阻抗和换能器相符合，再转换为我们所需要的机械振动[34]。本试验采用的超声波发生器电源部分型号为V6。0，功率为500W，频率为20KHZ，输入电压为220-250V电流为5A，如图2-2所示。

超声波振子是由超声波换能器与超声波变幅杆两部分组成。首先超声波换能器将电能转化为超声机械振动能，然后再由超声波变幅杆将机械振动进行放大处理，发生器传递过来的高频电信号在换能器中被转换为机械振动。超声波变幅杆的作用是将换能器传出的高频机械振动进行放大，也就是将超声波传递的能量放大，但是其自身并不产生振动[34]。本试验采用的超声波振子型号为YP5020-6D，功率为500W，频率为20KHZ，工作环境为0～40℃。