攪拌摩擦焊特點及應(yīng)用

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1、攪拌摩擦焊工藝特點及應(yīng)用火巧英胡偉摘　要:本文主要講述了攪拌摩擦焊的基本原理、工藝特點以及目前攪拌摩擦焊在鋁合金車體上的應(yīng)用。并對攪拌摩擦焊與弧焊工藝性進行對比分析，簡要闡述了攪拌摩擦焊的發(fā)展趨勢。關(guān)鍵詞:攪拌摩擦焊;基本原理;金相；工藝FrictionstirweldingcharacteristicsandapplicationAbstract：Thispaperdescribesthebasicprinciplesoffrictionstirwelding,processcharacteristicsandtheapplica

2、tionofFSWfortheproductionofaluminiumalloycarbody.Andconductsacomparativeanalysisbetweenfrictionstirweldingandarcweldingprocess.AndhasabriefdescriptionofthedevelopmenttrendoffrictionstirweldingKeyword：FSWbasicprinciplesMetallographicProcess0攪拌摩擦焊概述攪拌摩擦焊(簡稱FSW)是一個涉及溫度、力學

3、、冶金及其相互作用的高度復雜過程，此過程中以摩擦界面處材料的塑性變形為主，界面處塑性金屬流動的產(chǎn)生以及流動行為將會影響到熱源的產(chǎn)生以及界面的擴散與動態(tài)回復再結(jié)晶，進而影響到焊接接頭的質(zhì)量。塑性金屬層是否連續(xù)、完整和牢固地覆蓋于摩擦界面，對能否形成無缺陷、優(yōu)質(zhì)的焊接接頭具有重要影響。因此，研究攪拌摩擦焊工藝特點非常重要。通過對摩擦焊塑性連接工藝的研究，建立焊接參數(shù)對塑性流動的影響規(guī)律，對于確定焊接參數(shù)、優(yōu)化焊接工藝、控制焊縫接頭的組織和性能，進而提高焊接質(zhì)量具有重要的實用價值。1攪拌摩擦焊工藝特點圖1攪拌摩擦焊焊接示意圖攪拌摩擦焊的焊

4、接過程如圖1所示。攪拌針伸進材料內(nèi)部高速旋轉(zhuǎn)進行摩擦和攪拌，攪拌頭的肩部與工件表面摩擦生熱，并防止塑性狀態(tài)材料的溢出，同時可清除表面氧化膜的作用。攪拌頭高速旋轉(zhuǎn)與工件間發(fā)生攪拌摩擦,利用摩擦所產(chǎn)生的熱，使工件達到熱塑性狀態(tài)，此時，攪拌頭沿著焊板進行接縫運動，由此形成了攪拌摩擦焊的焊縫。第5頁共5頁1.1攪拌摩擦焊溫度場圖2FSW焊接溫度場在焊縫方向的分布攪拌摩擦焊的熱輸入來源于攪拌頭軸肩型面與被焊材料之間的摩擦生熱。對于攪拌摩擦焊在焊接鋁合金薄板時，最高溫度并不出現(xiàn)在焊縫中心處，而是出現(xiàn)在攪拌頭軸肩邊緣附近，圖2FSW焊接溫度場在垂

5、直于焊縫方向的分布。FSW焊接溫度場最高點位于攪拌頭軸肩邊緣處的焊接前進側(cè)，焊縫中心處的溫度低于軸肩邊緣處溫度，而軸肩邊緣處前進側(cè)溫度略高于后退側(cè)溫度。焊接過程中攪拌頭軸肩擠壓塑性流動的金屬材料使得少量金屬被擠出，以有規(guī)律的波浪薄層狀金屬的形式出現(xiàn)在焊接的后退側(cè)，形成飛邊。均勻連續(xù)的飛邊起到了散熱器的作用，焊接過程中輸入的熱量通過飛邊而更快的散失，在一定程度上造成了焊縫兩側(cè)溫度的差異。同時，前進側(cè)軸肩任意點的線速度與焊接速度方向相同，軸肩與接頭材料之間的相對運動速度較大；而后退側(cè)軸肩任意點的線速度與焊接速度相反，軸肩與接頭材料之間的

6、相對運動速度較小，這種相對運動速度的差異也導致了對接面兩側(cè)熱輸入的差異。1.2攪拌摩擦焊接頭組織攪拌摩擦焊的接頭金相組織如圖3(材料為6005A-T651)所示。焊核位于焊縫中心，內(nèi)部組織是清晰的洋蔥形狀，由一系列的橢圓排列組成，焊核延伸到焊件的表面。圖3　攪拌摩擦焊接頭金相組織攪拌摩擦焊接頭的焊縫組織可分為4個區(qū)域：A區(qū)為母材區(qū)，無熱影響也無變形；B區(qū)（HAZ）為熱影響區(qū)，沒有受到變形的影響，但受到了從焊接區(qū)傳導過來的熱量的影響。除了腐蝕反應(yīng)比母材快一些之外，它的金相組織與母材沒有多大區(qū)別；C區(qū)（TMAZ）為熱變形影響區(qū)，該區(qū)既受

7、到了塑性變形的影響，又受到了焊接溫度的影響。焊接過程引起長晶粒的彎曲和輕微的重結(jié)晶，這一區(qū)域的硬度最低；D區(qū)（Nugget）第5頁共5頁為焊核，是兩塊焊件的共有部分，焊核區(qū)的金相組織是明顯的等軸晶粒，并且非常細小。焊核區(qū)的硬度比時效強化和加工硬化的母材要低。1.3攪拌摩擦焊接頭金相試驗焊縫兩側(cè)由于相對于攪拌頭轉(zhuǎn)速不同，焊接方向與攪拌頭旋轉(zhuǎn)方向相同的為前進側(cè)(Advancingsideofweld)，反之為后退側(cè)(Retreatingsideofweld)。前進側(cè)與母材存在明顯分界線，后退側(cè)與母材分界線不明顯，這是由于前進側(cè)的母材被攪

8、拌針從母材切割下，在攪拌針的擠壓和摩擦力的作用下沿攪拌針的后方向前進側(cè)運動。后退側(cè)沒有這一切割現(xiàn)象，因而晶粒度過渡均勻沒有明顯分界線。圖4金相照片證明側(cè)墻板FSW接頭無裂紋、孔洞等缺陷，其中的紅色斑點，可能是析出的強化相腐蝕過程中剝落