2.5焊接接头的质量分析 10

第三章 焊缝组织及力学性能分析 13

3.1引言 13

3.2薄板搅拌摩擦焊宏观形貌及显微组织分析 13

3.2.1薄板搅拌摩擦焊焊缝宏观形貌分析 13

3.2.2 薄板搅拌摩擦焊焊缝显微组织分析 15

3.3薄板搅拌摩擦焊焊缝硬度分析 17

3.4薄板搅拌摩擦焊接头拉伸性能分析 18

3.5薄板搅拌摩擦焊拉伸断口分析 21

本章小结 23

结  论 24

致  谢 25

参 考 文 献 26

第一章 绪论

1.1搅拌摩擦焊的简介

1.1.1搅拌摩擦焊的原理

搅拌摩擦焊（Friction Stir Welding,简称FSW）是由英国焊接研究所开发研究的一种新型固相连接技术，它使得以往通过传统熔焊方法无法实现焊接的材料得以实现连接，被誉为“继激光焊后又一次性的焊接技术”[1,2]。搅拌摩擦焊方法与常规摩擦焊一样，搅拌摩擦焊也是利用摩擦热与塑性变形热作为焊接热源[3-6]。如图1-1所示，试样放在工作台上并用夹具夹紧，以免在焊接过程中发生滑动或移位。焊接工具主要包括夹持部分，轴肩和搅拌针。焊接时，搅拌针缓慢扎入母材中，直到轴肩与母材表面接触。搅拌头与母材摩擦产热，并在其周围形成螺旋状的塑性层。焊接过程中搅拌头与母材做相对运动，一般搅拌头不动，母材做相对运动。产生的塑性层从搅拌针前部向后方移动，随着焊接过程的进行，搅拌头尾端材料冷却形成焊缝，从而连接两块板材[7]。搅拌摩擦焊焊接接头主要由A母材（BM）、B热影响区(HAZ)、C热机影响区(TMAZ)、D焊核区(WN)组成，其分布如图1-2所示。

图1-1 搅拌摩擦焊原理图 图1-2搅拌摩擦焊焊缝接头示意图

1.1.2搅拌摩擦焊的工艺特点

搅拌摩擦焊具有完全不同于传统熔焊的焊接工艺。与其它焊接方法相比，搅拌摩擦焊具有以下显著特点:

（1）焊前不需要对被焊接材料进行严格清理、打磨和加工开剖口[8]，焊接过程中的摩擦和搅拌可以去除焊件表面的氧化膜，不用刻意去清除氧化膜，大大降低了劳动强度，提高了工作效率。

（2）搅拌摩擦焊不需要保护气体和填充材料,不产生弧光、烟尘、噪声，减少了对人体危害，属于绿色环保的焊接技术。

（3）搅拌摩擦焊温度相对较低，焊接大尺寸工件变形很小[8]，焊接区的残余应力和残余变形比熔焊时小的多。

（4）搅拌摩擦焊可以实现传统焊接难以焊接的铝合金材料，也可以焊接异种金属。

（5）搅拌摩擦焊依赖人的控制参数小，易于实现自动化生产，采用立式，卧式工装均可实现焊接，焊接质量的一致性高[8]。

同时搅拌摩擦焊也存在一些不足，主要表现在以下几个方面:

（1）搅拌头的磨损程度相对较高；

（2）需要特定的夹具；

（3）在某些特定的场合需要提升；

（4）搅拌工具的设计、焊接参数、力学性能数据，只对较小范围一定厚度的合金适用。

1.1.3搅拌摩擦焊研究现状及应用

张兴民等人[9]采用双轴肩搅拌摩擦焊对6mm厚6061-T6铝合金进行了实验，分析了主轴转速及焊接速度对接头组织结构、显微硬度、拉伸强度及耐腐蚀性的影响规律。结果表明，FSW焊接接头横截面宏观形貌呈“V”型，BT-FSW接头横截面宏观形貌呈“哑铃”型。模拟结果表明，FSW与BT-FSW横截面温度场分布与接头宏观形貌较吻合，两者在厚度方向上，温度分布均存在各层异性。

狄欧、李亚非等人[10]对30 mm的6061-T651厚板铝合金开展了搅拌摩擦焊工艺研究，探讨了不同的焊接速度、旋转速度及热处理工艺条件下对铝合金搅拌摩擦焊接头性能的影响。研究发现搅拌摩擦焊接头的抗拉强度最高时最佳参数为焊接旋转速度为385 r/min，焊接速度为150 mm/min，热处理提高焊接接头的抗拉强度和冲击性能，对接头的弯曲性能影响较小。