异种材料搅拌摩擦焊接头特点与脆性本征研究

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1、文章缁号：1OO2-O25X(2006)03-0022-03异种材料搅拌摩擦焊接头特点与脆性本征研究王训宏)，王快社V,沈洋I,徐可为$(1.西安建筑科技大学，陕西西安710055；2.西安交通大学金属材料强度国家重点实验室，陕西西安710049)对■银合金与俣合金进行了攪梓摩擦坪连按试检。从按头金相形貌中可以看出，铝合金与钱合金的晶程以河滅状汇合的方艮丸分交伙点一趁，其轿布具有明耳的样度转征。省这甘混合的交便扶$过渡刘热机績衫响区时可以发现，隨着速度梯度的变化，混舍的均明显减44。韓头附近存在大量的IU1金属间化合物

2、，导败力学性能显著下降。从按头斷口的扫样电傥形"可以着出，单侧倉It的拉伸斷口一侧出现少畳韧大量的斷蝦特征。关■词：搅悴摩擦埠$桜合会；铝合金；金■何化合物；舱性中图分类号：TG453.9文猷标识凹：A搅拌摩擦焊作为一种新於连接技术，适于连接常规焊接工艺难以焊接的高强铝合金、橫合金卩刀。搅拌摩擦焊具有细化的锻造组织，无气孔、裂纹和元索烧损等熔焊缺陷＜7。目前关于同种材料间的搅拌廉擦焊已成为国内外焊接界研究的热点。研究主要集中在搅拌廉擦焊焊接工艺的优化、流动形态方面。文献［9］针对铝合金和铜合金的搅拌摩擦焊接头.对水平面

3、上搅拌头焊针周圈材料的流动行为进行了研究。Reynolds㈣观察了材料垂直方向上的流动行为。KrishnanKN对搅拌摩擦焊接头的“洋葱圆环形貌”形成过程进行了分析，并指出表面弧纹与搅拌头的行进速度有一定关系㈣。本研究针对MB3镁合金与1060铝合金异种轻质高强材料进行了搅拌摩擦连接，并对接头特征、组织待点、断口形貌等进行了分析。1试验材料及方法试验选用的MB3铁合金与1060铝合金板，厚度均为3mmo圆柱形搅拌头材质为lCrl8Ni9Ti,焊针高度为2.8mm,直径为3mm,釉肩直径为12mm。试验所用设备是改装的J

4、CS-收稿日期：2005-12-05;修回日期：2006-03-13墓金项目：陕西省科技计划项目(2003K07-G8)；西安市工业攻关项目(GGO4O63)25mm/rnin时，采用正圆锥形和圆柱形搅拌头可以得到焊合良好的接头，此时的平均焊接温度为180-190T;若将r提高到36mm/min,就会出现烧焦现象，此时的温度在200V以上；将3降至1170r/min,温度在170T或以下，则会出现焊合不良或根本不能焊合。参考文飆：［1］张田仓，郭徳伦，楽国红.固相连接新技术——攬拌摩擦焊技术［J］.航空制造技术，199

5、9,49(2):35-36.2.5-13型立式数控铳床，试验时，考虑到MB3镂合金与1060铝合金在孩性流动难易程度方面存在差异，故采用搅拌头向錢合金板材備移1mm进行连接并且使MB3镂合金板为旋人侧，1060铝合金板为旋出侧°工艺参数为：旋转速度1500r/min,焊接速度90mm/min,轴向压力400N。取接头在金相显微镜上观察其组织待点，在铝合金母材、镂合金母材和焊核区用3种不同的腐谀剂进行腐蚀，在S-360扫描电镜上观察焊接接头断口形貌，利用XRD衍射谱进行脆性相分析。2试验结果与讨论2.1镁合金与铝合金搅拌

6、摩擦焊接头待点搅拌摩擦焊接头的低倍放大图如图1所示。从图la可以看出，由于镁合金塑性流动的驱动能相对较小，在搅拌头的轴肩部位线速度和热输入较大.镁合金呈片状深入到铝合金基体中，在搅拌针底部A点处可以观察到明显的流动特征，“1”处为连接界面。从图lb可以看到，镁合金和铝合金的片层结构由于材料的挤压而发生明显的变形，在镁合金基体(黑色区域)中产生许多微小裂纹，如图2所示。这种微裂纹的存在和片层结构的不稳定导致结合区域的力学性能明显降低，从理论上说，接头内部的动态再结晶降低了内应力以及内裂纹形成和扩展的能力，但是在镂合金和铝

7、合［2］刘小文，鄢君辉，杜随更.LY12搅拌摩擦焊新技术［J］.焊接学报,2001,22(4)：55-57.［3］胡礼木，胡波.塑料板材搅拌酸擦焊工艺［几焊接学报，2004,25(1)：77-79.［4］张静政•塑料焊接技术何答［M］.北京：机械工业出版社，1987.［5］张克惠.塑料材料学［M］.陕西西安：西北工业大学出版社，2000.作者简介：胡礼木(1946—)，男，教授，主要从事焊接冶金与焊接工艺的教学与科研工作，发表论文30余篇.WeldingTechnologyVol.35No.3Jun.2006金接头的片

8、层结合区域内由于变形的不均匀和层间不稳定性物质的存在使内部孔洞(如“2”处所示)和脆性开裂大大增加°(a)Ct合金一鸽(b)合金一侧SI头的低佶放大图92揍头中的ItfiiSt2.2接头的组织特征观察沿垂直于焊缝方向取样.将制备好的金相试样用腐烛剂擦拭。旋入侧的MB3镁合金板鹰蚀液成分：H2O为100mL；HNOj为lmL；草酸为