1。2。2搅拌摩擦焊接头显微组织及缺陷的研究

1。2。3搅拌摩擦焊的应用

搅拌摩擦焊作为焊接轻金属合金的最佳技术之一，已经从技术研究层面迈向高层次的工业化应用阶段。搅拌摩擦焊的主要应用领域为陆路交通工业、铁路运输工业、船舶制造和海洋工业、航天制造工业、电子科技工业[19]。1995年进入中国，2002年以后该技术出现了井喷式的发展，被工业领域广泛接受和使用。

在航天制造工业：搅拌摩擦焊焊接飞机蒙皮已经开始悄然流行，也用以焊接航天器上的低温燃料箱及军用飞机的油箱。洛克希德·马丁航空航天公司首先对储存液态氧的低温容器进行了精密焊接。马歇尔航天飞行中心对探测火箭的圆形容器进行成功焊接[20]。麦道公司在飞机和火箭的燃料储油箱上运用了此项技术，并且获得了很好的焊接效果[21]。

在陆路交通工业：2003年4月，马自达汽车公司用搅拌摩擦焊点焊技术焊接了薄板铝材，其性能也比电阻点焊高得多[22]。澳大利亚的西蒙斯公司，采用搅拌摩擦焊技术制造出了轧制的6060-0车轮辐条，提高了车轮的抗磨损性能。挪威的Hydro公司，将搅拌摩擦焊技术在汽车车圈技术上进行了创新，制造出了一种新的圆型零件，这也是汽车领域又一项创造性的发明[23]。

在船舶制造和海洋工业：1996年挪威的两家公司Marine与Maritime进行了合作，把搅拌摩擦焊引入了船舶制造业，将船用平板和型材拼接形成了大型壁板，进行流水线生产，这不仅提高了焊接效率，更改善了焊接缺陷。澳大利亚Adelaide大学与英国焊接研究所进行了合作，改善了搅拌摩擦焊设备使其变得更加简单易操作，对专用的轻型高速海洋游艇的曲面壁板进行焊合。日本SLM公司，在精密夹层结构件和海水防护平板的焊合中使用了搅拌摩擦焊，焊后的测试表明此项技术的优异性能对易腐蚀材料的焊接非常有利[24]。在温度极低的情况下焊接件容易发生变质，瑞典Sapa公司成功克服了这项技术难题，实现了对渔船中空铝合金壁板结构件的焊接，这项技术的成功应用进一步提高了搅拌摩擦焊在焊接领域中的知名度。

搅拌摩擦焊问世30几年以来，一直被人们津津乐道，其应用领域在不断扩展的同时，学者们对它的应用潜力的研究和探索也从未停止过，在我国搅拌摩擦焊的应用已经日趋成熟，在工业生产领域也已硕果累累。

1。3超声辅助搅拌摩擦焊的概述

超声振动辅助搅拌摩擦焊[25] (Ultrasonic Vibration Enhanced Friction Stir Welding，UVeFSW)是在搅拌摩擦焊的基础上由中南大学所发明的，在2006年1月这项技术正式问世。前文中也介绍过超声振动在改善搅拌摩擦焊缺陷方面的优越性，除了能够强化焊缝中下部的金属流变行为，消除材料流动的延时效应，改善焊缝组织外，还能利用自身的体积效应在不用加热工件的条件下，使金属材料塑性变形时的屈服应力和流变应力下降，通过大量的试验也证明了超声振动与搅拌摩擦焊的结合对焊缝各方面的性能均有所提高。

1。3。1超声振动搅拌摩擦焊的原理

超声波振动通过超声换能器产生，然后经过变幅杆增大振幅和集中能量，超声波传递到搅拌头前方的工件附近，通过超声工具头直接作用于工件的上表面，利用了超声振动的机械冲击、热力学作用，将超声与搅拌摩擦焊复合，改善焊缝中下部区域金属流变能力，如图1-3所示。

图1-3 UVeFSW原理图

交变振动作用、空化作用、直流平均粘滞力、周期性激波是超声波的四个基本作用，从而导致了一些基本的效应，声空化效应、体积效应、热效应、机械效应四种效应通常能够解释超声对晶粒的细化作用。声空化作用能使晶粒在高压作用下发生局部过冷现象，使得临界晶核半径减小[26]，提高形核率，晶粒破碎；由于体积效应使超声能击碎枝晶使其在焊缝处均匀分布，也能阻碍树枝晶长大，使其变成更小更均匀的等轴晶；由于超声波的频率很高，产生的能量很大，被介质吸收时会产生显著的热效应；超声波的机械效应能够促使固体分散[26]，使得介质能够发生周期性长大和缩小，进而形成堆积。