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《铝合金搅拌摩擦焊焊缝微观组织资料.doc》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在应用文档-天天文库。
1、搅拌摩擦焊(FSW)焊接技术是英国焊接研究所(TWI)于1991年发明并获得专利保护的一项新型固相连接技术[1-2]｡此方法的最大特点就是焊接温度低于材料熔点,可避免由熔焊所带来的裂纹､气孔等缺陷｡通过此方法可获得优质的焊接接头,尤其适用于航天､航空工业及船舶制造业等｡ 搅拌摩擦焊的基本原理非常简单,由轴肩(Shoulder)和搅拌针(Pin)组成的非消耗的搅拌头旋转着插入被焊板材连接处,沿着被焊板材的结合缝隙前进｡通过搅拌头的摩擦加热和搅拌作用使得焊缝金属发生塑性流动,从而使两块板材焊合｡FSW
2、时旋转的搅拌头在焊缝方向的切线速度与焊接速度方向相同的一侧称为前进侧AS(AdvancingSide),而相反的一侧称为后退侧RS(RetreatingSide)｡ 在搅拌摩擦焊的过程中,材料在比较高的温度下经历剧烈的塑性变形,对金属的微观组织产生重要影响,进一步决定了焊接接头的机械性能｡FSW研究的一个很重要方面就是微观结构的形成情况｡国外对其接头微观组织的研究更深入,已涉及晶粒取向､位错密度､强化相的溶解､新相的析出和长大等方面｡本文主要介绍当前铝合金搅拌摩擦焊的焊缝形成和微观组织的研究和发展
3、情况｡ 焊缝区域分类 在搅拌摩擦焊和搅拌摩擦加工中,剧烈的塑性变形和高温导致搅拌区中再结晶､晶体结构变化以及沉淀相的溶解和粗化｡基于以上晶粒和沉淀相的特征,可将焊缝分为3个区域,分别是焊核区(NZ)､热机影响区(TMAZ)和热影响区(HAZ)｡微观组织的变化对焊后的力学性能具有重要影响｡ 焊核区 搅拌摩擦焊过程中剧烈的塑性变形和摩擦热,使得搅拌区形成细小的动态再结晶晶粒,通常这个区域被称为焊核区或动态再结晶区(DXZ)[3]｡焊核区的形状依赖于搅拌摩擦焊的工艺参数,Liu等[4]发现,轴肩尺寸为1
4、6mm时焊核区的形状为矩形,随着轴肩尺寸的增加,焊核区由矩形变为椭圆形｡当搅拌针直径从8mm降到6mm时,焊核区的尺寸显著降低｡焊核区的宽度稍微大于搅拌针的直径[5]｡另外,焊核区与热机影响区的分界线在前进侧比后退侧明显｡ 1晶粒尺寸 在搅拌摩擦焊过程中,焊核区发生动态再结晶,其内部晶粒为细小等轴晶晶粒｡搅拌摩擦焊过程中的工艺参数,搅拌针形状,材料组成,焊件温度,下压力和冷却过程对焊核区再结晶晶粒尺寸都有显著影响[2]｡通过改变搅拌摩擦焊的工艺条件,可获得不同的晶粒尺寸,如表1所示｡通常搅拌摩擦焊
5、的再结晶晶粒尺寸在微米级,通过调节搅拌摩擦焊的工艺参数和搅拌针的几何形状可以获得约为0.4~0.7μm的极细小微观晶粒结构[6]｡Su等[7]等研究7075-T651铝合金板材搅拌摩擦焊时,通过在搅拌针后面用水､甲醇､干冰的混合冷却剂急速冷却,得到晶粒尺寸约为100μm的再结晶晶粒｡ 一般情况下焊核区的晶粒尺寸随着焊接速度的升高而减小;随着旋转速度的升高而增大｡Feng等[8]在研究7075-T651铝合金搅拌摩擦焊时,当保持旋转速度800r/min不变,焊接速度分别为100mm/min､400m
6、m/min时,晶粒尺寸依次为6.7μm､4.6μm;当保持焊接速度400mm/min不变,旋转速度从800r/min升到100r/min时,平均晶粒尺寸从4.6μm增加到5.1μm｡同样,Sakthivel等[9]在低焊接速度下获得22.5μm的晶粒,在高焊接速度下获得较细小的20μm的晶粒｡Karthikeyan等[10]研究2285铝合金搅拌摩擦焊时,在较高的焊接速度下获得较小的晶粒尺寸｡同样,Hirata等[11]人在不同的焊接条件下获得不同的晶粒尺寸,晶粒尺寸随着旋转速度的降低而降低,随着
7、焊接速度的升高而降低｡Sato[12]指出焊接峰值温度随着搅拌头旋转速度的增加而升高｡另外,峰值温度随着焊接速度的增加而减小｡根据再结晶的原理,在FSW过程中变形程度的增加会导致再结晶晶粒尺寸的减小｡另一方面,峰值温度的增加也会使得再结晶晶粒长大和粗化｡而旋转速度升高时晶粒尺寸增大,说明变形程度对晶粒尺寸的影响弱于峰值温度的影响｡ 焊核区晶粒的尺寸分布是不均匀的,在焊接区域的上方会增大,在远离焊接区域中心的位置会减小,这和焊接区域温度的变化是一致的｡Giles等[13]对铝锂合金进行搅拌摩擦焊时,
8、发现焊核区晶粒尺寸从上到下逐渐减小｡Xu等[14-15]研究2219-O铝合金焊核区从顶部到底部晶粒尺寸大小时发现,顶部的晶粒尺寸要大于底部晶粒尺寸｡大量的晶体形核和细小动态再结晶晶粒是通过晶界运动产生的,焊核区的顶部经历的温度较高且热循环时间较长,因此晶粒长大｡ 2晶粒结构 焊核区经历了动态再结晶,细小等轴晶晶粒被大量高角度晶界分开[16-18]｡WanchuckWoo等[19]人利用X射线和中子射线衍射测量方法研究了6061-T6铝合金搅拌摩擦焊横截面的显微组织并研究其位错密度
