依据上述背景，本课题拟对 2060 铝锂合金搅拌摩擦焊工艺及接头组织性能进行 研究，揭示不同的焊接参数对其焊接接头组织性能的影响及其原因。上述研究不仅对 如何优化 2060 铝锂合金搅拌摩擦焊接头性能提供重要的参考，同时也分析接头组织 对性能的影响机制。

1。2 搅拌摩擦焊的原理及特点

1。2。1 搅拌摩擦焊简介

搅拌摩擦焊接(FSW)是由英国焊接研究所(TWI)发明的一种新型固态连接技术

[12]，具有焊接变形小，无裂纹、气孔、夹杂等各种常见的焊接缺陷等优势[13,14]。这一

巨大的优势使得 FSW 在各种焊接技术当中脱颖而出，被誉为“继激光焊后又一次革

命性的焊接技术”，从而近年来倍受瞩目。FSW 过程原理如图 1-1 所示[15,16]。

图 1-1 FSW 过程原理图

为了防止搅拌针旋转时产生的巨大搅拌力使得焊件偏离预定位置或发生意外而 造成安全隐患，试样在施焊前务必用夹具夹紧。焊接工具包括夹持部分、轴肩和搅拌 针。搅拌针直径通常为轴肩的三分之一，长度比母材厚度稍短一些。搅拌头与焊缝有 2°~5°夹角，以降低搅拌头在焊接过程中的阻力，从而避免搅拌针折断。搅拌针缓 慢插入焊件中，直到轴肩和母材表面接触。搅拌头与母材摩擦产热，并在其周围产生 螺旋状的塑性层。焊接后的焊接接头一般比母材薄 3％~6％，轴肩不仅与焊件表面摩 擦产热，并用于防止塑性材料的溢出，同时还可以起到清除氧化膜的作用。

一般将搅拌摩擦焊接头微观组织分为三个部分，即焊核区(Weld Nugget)、机械热 影 响 区 (Thermal Mechanical Affected Zone,TMAZ) 和 热 影 响 区 (Heat Affected Zone,HAZ)[17]，如图 1-2 所示。

图 1-2 FSW 接头微观组织分区

图 1-2 中的 SAZ 又称冠状(Crown)区域，该区域轴肩热机械作用比搅拌针旋转搅 拌作用显著。

1。2。2 搅拌摩擦焊特点

由于搅拌摩擦焊过程中热输入相对于熔焊过程较小，接头部位不存在金属的熔 化，是一种固态焊接过程，在合金中保持母材的冶金性能，可以焊接金属基复合材料、 快速凝固材料等采用熔焊会有不良反应的材料。其主要优点如下：论文网

(1)固相连接，接头性能优异。 采用传统的熔化焊方法焊接高强铝合金时，即使采用很好的变极性焊接设备也容

易产生焊接裂纹等焊接缺陷。而采用 FSW 进行焊接，则有效地避免了熔焊时熔池凝 固过程中产生的裂纹、气孔等缺陷，焊接区域组织变化也较小。

(2)焊接变形小，残余应力低。

FSW 焊接过程中没有金属熔化凝固的收缩过程，且搅拌过程中的合金热塑性流 动与熔焊过程中接头部分大范围的热塑性变形过程不同，焊接接头的内应力较低，变 形较小，基本可以实现板件的低应力无变形焊接，这是熔焊方法难以做到的[18]。

(3)焊接成本低，效率高。

FSW 所需设备简单，操作方便，能量利用率高。这是因为 FSW 靠搅拌头旋转并 移动，逐步实现整条焊缝的焊接，所以比熔焊更能节省能源。更重要的是，FSW 焊 接时不需要焊丝焊剂和保护气体，焊接过程中对环境的污染小。此外，焊前工件无需 严格的表面清理准备要求，焊接过程中的摩擦和搅拌可以去除焊件表面的氧化膜，焊 接过程中也无烟尘和飞溅，噪声也较低。

(4)适用范围广，适合各种接头。

FSW 避免了金属熔化所导致的液化裂纹或结晶裂纹， 因此可焊接热裂纹 敏感的材料[19]，且可实现异种金属的焊接，如 Al/Mg，Al/Cu 等。此外，FSW 也可实 现多种位置的焊接，并可实现多种形式的接头，如对接、角接、搭接等[20]。 航空用Al-Li合金搅拌摩擦焊工艺及接头组织性能研究(3):http://www.youerw.com/cailiao/lunwen_93865.html