图 1-4 摩擦搅拌焊焊接接头形貌

表 1-10 典型钢 FSW 接头性能对比

钢材 屈服强度 Re/Mpa (焊缝/母材) 抗拉强度 Rm/Mpa (焊缝/母材)

C-Mn 钢

1041/1400

1230/1710

HSLA-65 597/605 788/673

590 双向不锈钢 496/340 710/590

304L 51/55 96/98

316L 434/388 641/674

2507 Super Dluex 762/705 845/886

201 193/103 488/406

600 374/263 719/631

718 668/1172 986/1392

Ni-Al 青铜合金 420/193 703/421

304 钢 FSW 焊焊接头形成三个区域是：焊缝区(WNZ)、热机械冲击区(TMAZ)和热 影响区(MAZ)[14]，如图 1-5a。接头的中心位置是焊缝区，那里的组织存在动态再结晶现 象，晶粒变细，如图 1-5b 所示。由于不同的距离流动导致的焊缝中心距离的热机械受 影响区和基金属发生了颗粒变形。机械热影响区域的晶粒按照接头组织距离焊接部位的 位置发生了各异的晶粒变性，形成另一种细小的晶粒组织，而热影响区的组织再结晶并 不够充分，分别如图 1-5c 和 1-5d 所示。在接头处出现加工硬化现象，与 304 钢本体相 比，显微硬度(HV)增加了 22%。

图 1-5 00Gr18Ni9 不锈钢 FSW 不锈钢接头微观组织论文网

目前，FSW 技术仍处于起步阶段。因为工艺的不完善和搅拌头的材料限制，目前 搅拌摩擦焊焊接不锈钢板材的厚度大多为 3~6mm。他们对焊接样品的拉伸试验结果表 明，接头比焊接区域先断裂，说明由搅拌摩擦焊工艺焊接而成的焊缝强度比接头的强度 都要来得更高。到现在为止还没有厚度在 1。0mm 及 1。0mm 以下不锈钢板搅拌摩擦焊的 焊接报告，但随着科技的发展和进步，搅拌摩擦焊很可能会在将来广泛应用于不锈钢板 焊接之中。

1。3。4 激光冲击强化（LSP）

激光冲击强化（LSP）可以改善金属材料的表面性能，使金属表面晶粒大幅细化并 在金属表面形成深层残余压应力层。在冲击成形过程中，激光冲击次数直接决定了金属 的拉伸性能，但是这种强化方法会使工件发生大幅塑性变形影响接头表面耐磨能力。抗 拉强度和流动应力随着激光冲击次数以及应变速率的增加而提高。奥氏体钢在一定的加 工条件下除了塑性变形外，还发生了马氏体相变。Miroslav Halilovič[15]发现马氏体可以 通过降低处理温度，增加喷炬压力，以及延长激光脉冲持续时间来加速形成。

这种处理 304 钢的方法能使金属材料的机械性能得到大幅增强。与传统的焊接方式 相比，而且无需接触，没有热影响区，并且控制性远比传统方法强。

1。4 研究内容和意义

1。4。1 研究内容

304 不锈钢是一种奥氏体不锈钢，是被广泛应用的钢材。奥氏体不锈钢的优点是极 佳的耐腐蚀性、表面光泽度高、基本没有磁性。验证能否在保证焊接效果的同时兼具美 观，且总结出影响不同厚度 304 薄板缝焊效果的条件是本次实验的主要目的。