本章小结 19

4  接头组织分析 20

4。1  宏观形貌分析 20

4。2  接头金相组织分析 21

4。3  接头XRD分析 26

4。4  接头SEM分析 27

本章小结 29

结  论 30

致  谢 31

参 考 文 献 32

1  绪论From~优Y尔R论^文W网wWw.YoUeRw.com 加QQ7520.18766

1。1  搅拌摩擦焊的由来、发展与应用

1。1。1  搅拌摩擦焊的原理

搅拌摩擦焊是在1991年由英国剑桥焊接研究所发明的一项新型焊接技术，这项技术不仅打破了传统摩擦焊技术只能应用于轴类零件焊接的限制，而且是焊接技术发展史上从发明到应用花费时间最短、发展速度最快[1]。FSW的热源来自于板材和轴肩、搅拌针之间的摩擦，与传统的焊接方法的不同之处在于：FSW工作过程中温度通常不超过母材的熔点，因此工件不完全熔化，焊缝中出现气孔的概率很低，而且接头的残余应力和变形量也很小[2,3]。

FSW工作过程如图1。1所示。搅拌头主要由轴肩和搅拌针两部分组成，搅拌针的作用是与焊缝两侧的材料之间发生高频率摩擦，产生热量，使搅拌头周围的材料发生塑性变形并充分混合在一起；轴肩的作用是在搅拌针的搅拌作用下，将塑性变形的材料随着搅拌头的向前移动而转移到搅拌头后方，填充由于搅拌头向前移动而出现的空腔，与此同时对塑性变形的材料施加锻造作用，使得形成的焊缝密实，不存在缺陷。

图1。1  搅拌摩擦焊工作过程示意图

FSW具体的工作过程为搅拌头高速旋转并缓慢地将搅拌针插入两块对接板材的接缝处，搅拌针与焊缝两侧的材料之间发生高频率摩擦，摩擦产生的热量使得搅拌头周围的材料温度升高，达到塑性流动状态；轴肩对板材表面施加的压力与搅拌针的搅拌摩擦力共同作用，将塑性变形的材料转移到搅拌头后方，填充由于搅拌头向前移动而出现的空腔，从而将两块板材在没有熔化的情况下焊接在了一起，冷却后便形成焊缝。为了便于描述，将焊接方向与搅拌头转动方向相同的那一侧叫做前进侧，另一侧叫做返回侧。

1。1。2 搅拌摩擦焊的特点

相对于其他焊接技术，FSW具有以下优点：

（1）固态连接：焊接过程中母材不熔化，因此不会产生粗大的凝固组织或者熔化焊缺陷，残余应力和变形量也很小，能够应用于大型框架结构的精密焊接。

（2）生产成本低：焊前不需要开坡口或者特殊的清理工作，也不需要填料、保护气或焊剂，消耗的能源比熔化焊少80%。

（3）工作环境好：焊接过程中不产生烟尘、飞溅、强光或辐射，而且噪音污染小。

（4）自动化程度高：工作过程与铣床加工零件相类似，受人为因素影响小，对操作人员技术要求低，不需要专业的技术等级培训，上手容易。

（5）工艺裕度大：焊接对接接头时所允许的最大间隙为0。1t（t为板材的厚度）。

（6）接头力学性能好：接头在各个方向上的力学性能大致相同，相对于熔化焊，FSW接头的疲劳、断裂及弯曲等性能更优秀。

相对于其它焊接技术，FSW存在以下缺点：