镁铝异种金属的搅拌摩擦胶接点焊
搅拌摩擦焊镁铝异种材料研究现状
随着现代制造技术的不断进步，材料焊接技术也在不断发展。
搅拌摩擦焊作为一种新型的焊接方法，因其低能耗、无污染、高效率等优点而备受关注。
在工业界和学术界，对搅拌摩擦焊技术的研究也越来越深入。
一、搅拌摩擦焊简介1. 搅拌摩擦焊的原理和特点搅拌摩擦焊是一种无熔金属的固态焊接方法，通过机械搅拌和摩擦加热的方式将材料焊接在一起。
与传统的熔化焊接方法相比，搅拌摩擦焊具有温度低、热影响区小、焊接变形小等优点。
2. 搅拌摩擦焊的应用领域搅拌摩擦焊技术已广泛应用于航空航天、汽车制造、铁路交通等领域，尤其在焊接铝合金、镁合金等轻金属材料方面具有独特优势。
二、搅拌摩擦焊镁铝异种材料研究现状1. 镁铝异种材料的特点镁铝异种材料因其密度低、强度高、耐腐蚀等特点，被广泛应用于航空航天、汽车制造等领域。
然而，由于镁铝材料的化学性质和熔点差异较大，传统的焊接方法往往难以实现良好的焊接效果。
2. 搅拌摩擦焊镁铝异种材料的研究现状为解决镁铝异种材料的焊接难题，学术界和工业界进行了大量的研究。
目前，搅拌摩擦焊镁铝异种材料的研究已取得了一定进展，但仍存在一些挑战。
3. 研究现状的主要问题（1）焊接接头的组织和性能不稳定，需要进一步优化工艺参数和焊接头形貌。
（2）搅拌摩擦焊镁铝材料的金属间化合物生成机理和影响因素尚不清楚，需要深入研究。
（3）焊接接头的力学性能、耐腐蚀性能等方面还需要进一步评估和提升。
三、未来研究方向1. 优化焊接工艺参数针对搅拌摩擦焊镁铝异种材料存在的问题，未来研究可以进一步优化焊接工艺参数，包括搅拌转速、下压力、焊接速度等，以获得更稳定的焊接接头组织和性能。
2. 深入研究金属间化合物形成机理金属间化合物的生成对搅拌摩擦焊接头的性能具有重要影响，未来的研究可以针对金属间化合物的形成机理和影响因素进行深入探讨，为优化焊接工艺提供理论依据。
3. 综合评价焊接接头性能未来的研究还可以从焊接接头的力学性能、耐腐蚀性能等方面进行综合评价，探索提升镁铝异种材料搅拌摩擦焊接头综合性能的途径。
铝-钢异种金属搅拌摩擦焊研究
铝-钢异种金属搅拌摩擦焊研究摘要：搅拌摩擦焊是一种新型的固相方法，在异种材料连接方面有广阔的应用前景。
本文从搅拌摩擦的工艺、性能及组织三方面分别介绍了铝-钢搅拌摩擦焊的研究进展，为其深入研究提供了依据。
采用搅拌摩擦焊，异种金属铝-钢可以实现连接，但工艺参数选择范围较小，钢置于前进边时,铝-钢更易连接。
由于铝-钢物理性能的差异，二者流动状态不同，焊核两侧呈现不同结构，接头的力学性能由于脆性金属间化合物的存在而降低。
通过改变热输入或添加第三组元等微量元素的办法可以改善接头的力学性能。
前言在航空航天、交通运输、船舶制造等工业中，为了减轻重量、节约能源、降低成本、满足不同的工作条件, 异种材料的焊接技术日益受到人们的重视[1]。
利用铝及铝合金密度小（大约是钢的1/3），耐腐蚀性、导热率和导电性好的优势，用铝合金代替钢可以减轻结构件的重量，在重型装备轻量化方面具有良好应用前景，然而如何解决铝-钢异种材料间的连接是决定其安全使用的关键问题。
目前，铝-钢的主要连接方法有熔焊中的爆炸焊[2]、焊[3]、熔钎焊[4], 还有固相连接的摩擦焊[5]。
通常爆炸焊接只适用于铝-钢复合板。
采用激光焊和熔-钎焊时，由于铝和钢的熔点、导热性能差异很大，在接头过渡区容易形成多种脆性的金属间化合物，无法获得高质量的接头。
旋转摩擦焊焊接铝-钢又只适用于柱形材料，接头受限制。
以上各种方法都难以保证制备出质量良好的铝-钢焊接接头，限制了其大规模应用。
搅拌摩擦焊（friction stir welding, FSW）是一种新型的固相连接方法，具有高效、环保、热变形和残余应力小等综合优点[6]。
它是利用搅拌头和工件之间的摩擦热，一般低于母材的熔点，因此焊接过程中工件没有熔化，与传统的焊接方法相比，能够有效避免气孔、裂纹等组织缺陷。
此外，搅拌摩擦焊基本不受材料物理化学性能、机械性能及晶体结构等因素的影响，对克服不同材料性能差异带来的焊接困难具有极大的优势[7]，因此在异种金属连接中具有广阔前景，相关机理研究也越来越受到重视。
镁合金和钢异种材料搅拌摩擦焊接技术的可行性研究
镁合金和钢异种材料搅拌摩擦焊接技术的可行性研究发布时间：2021-06-15T10:35:28.830Z 来源：《科学与技术》2021年第29卷2月5期作者：贾慎锋[导读] 镁的密度为1.74 g/cm3，是最轻的金属结构材料，从汽车工业轻量化角度来贾慎锋上海和达汽车配件有限公司 201712摘要：镁的密度为1.74 g/cm3，是最轻的金属结构材料，从汽车工业轻量化角度来说，是发展趋势最大的金属材料。
由于镁合金材料与钢材两种材料的强塑性，熔点，组织结构的差异性，元素之间没有可以稳定存在的中间相，化学冶金的连接机制很难成功，因此目前两种材料的连接主要以机械连接（螺栓，铆钉等）为主。
但机械连接的强度相对焊接（冶金结合）较低，且实际运用种各种工装、标准件等不仅增加成本且增加汽车的负重，从长期来看不是两种材料连接的最佳方式，而焊接工艺是镁钢异种材料连接的趋势。
因此本文从搅拌摩擦焊接(FSW)工艺角度，深入的分析了搅拌摩擦焊接发展的趋势及优势，并且就关键的工艺参数、工艺窗口、及工艺鲁棒性进行研究分析。
因此搅拌摩擦焊接是一种比较适合镁钢异种材料连接的方法，通过正交试验的方法很容易找到最优参数已达到最强的力学性能，并且有两种有效的机制保证接头的可靠性。
关键词：轻量化搅拌摩擦焊异种材料连接0 引言有试验表明，汽车质量每减轻10%，油耗下降6%~8%，排放量下降4%。
同时汽车轻量化直接提高汽车的比功率，使汽车的动力性能提高。
因此，汽车轻量化技术是有效降低油耗、减少排放和提升安全性的重要技术措施之一。
汽车轻量化对於降低油耗、减少排放起着至关重要的作用，目前已经成为国内外汽车工业界的研究热点。
汽车轻量化主要采取材料轻量化与结构轻量化相结合的方式，而汽车零部件的各种先进成型技术也是轻量化的核心内容。
为助力“中国制造2025”战略，实现中国汽车强国的目标理想，将以新能源汽车技术为切入点，推动新能源汽车产业升级和企业可持续发展的前瞻视角。
搅拌摩擦焊接与加工AZ31镁合金的组织、织构和力学性能研究
搅拌摩擦焊接与加工AZ31镁合金的组织、织构和力学性能研究搅拌摩擦焊(FSW)作为一种新型固相连接技术已被广泛证明是镁合金的理想焊接方法。
但当前对镁合金FSW的研究,尤其是对组织-性能关系仍然缺乏系统且深入的阐释。
在焊接性能优异的变形镁合金时,FSW接头的力学性能特别是抗拉强度往往难以达到母材水平。
优化焊接工艺参数、发展接头强化工艺并揭示其内在机制成为镁合金FSW的研究趋势。
另外,随着工业生产中焊接结构及工件形状的不断复杂化,新型FSW衍生技术如双轴肩搅拌摩擦焊(BTFSW)也逐渐得到应用,但是当前关于这种工艺下的镁合金接头组织及性能的研究仍十分不足。
除此之外,尽管镁合金FSW接头的组织演变及力学性能与孪生密切相关,当前对搅拌区内具体的孪生行为及机制仍缺乏足够的认识。
因此,针对这些问题开展了以下研究工作。
对挤压态AZ31板材分别沿着与板材挤压方向成0°、45°、90°夹角的方向进行FSW,以此来获得不同的接头初始织构。
研究表明,在相同焊接工艺参数下,接头初始织构的差异几乎不影响搅拌区(SZ)内微观组织及织构演变,而是会导致产生不同的热机影响区(TMAZ)织构。
在TMAZ的组织演变过程中,拉伸孪生及相伴的孪晶诱导动态再结晶是主要的影响机制。
TMAZ的织构组分表现出随位置连续梯度变化的特点。
沿不同方向焊接所得的3种接头具有相近的屈服强度(YS)与抗拉强度(UTS),但对焊接方向与挤压方向成45°的接头,所得接头具有最大延伸率(E1),其各亚区之间良好的变形协调作用能有效缓解局部应变集中。
这表明焊接时控制初始织构有助于提高接头综合力学性能。
3种接头的SZ内具有相似的硬度分布规律,硬度会随着远离SZ中部而向两侧逐渐减小,这种变化趋势是由SZ内特殊分布的强织构所导致。
3种接头的断裂位置表现出明确的倾向性,这与接头各亚区之间变形协调的差异性以及拉伸后期在SZ中部形成的压缩孪晶有关。
镁合金薄板的搅拌摩擦焊工艺
合金的搅拌 焊接工艺做 ～些探讨 。 关键词 ： 镁合金薄 板；摩擦焊接 ；工艺 中图分类号 ：Ｔ ４ 文 献标识码 ：＾ 文章编 号：１ ７ —７ ９ ２ １ ）０ １ ０ ７ ０ Ｇ ６ １ ５ ７（ ０ ０ ９ ０ ２ － １
１概述 随着工 业技 术 的发 展 ，对汽 车 、飞 机 的性 能要 求越 来越 高， 降低 结构 重 量成 为 提高 性 能 的重要 措 施 。轻 型镁 合 金材 料在 这 些方 面 的应 用 需 求更 为迫切 。镁合 金 的广 泛使 用 ，必 将 面临 连 接 问题 ，焊 接将 是 一种 优 选 的连 接 方法 。但 是 ，镁 合金 的熔 点低 ，镁 对氧 具 有 高 的亲 和力 ， 在室 温尤 其 在 高 温 下 易 强烈 氧 化 形 成 高熔 点 、 比重 大 的 氧 化 物 ， 电 弧焊 时易 使 焊 缝 夹
的力 学性 能有 影 响，其 中焊 接速 度 为３０ ／ ｉ时 ，接头 强度 可达 到母 材标 ０￣ ｍ ｎ 称强 度 的７％ ５ ，断 口与受 力方 向呈 ４度 ，呈 明显 的剪 切型 韧性 断裂 ；而 焊接 ５
热影 响 区交 界处 有某 些 晶粒呈 现黑 色 ，使之 宏观 组织 面形 成 明显 的分界 。
焊核 处 晶粒 细 小 的原 因是 因为 这个 部位 的金 属在 搅 拌头 的作 用下 ，温 度 较 高 、应 变 速率 较 大 ，使之 不 断地 发 生动 态 再结 晶所 致 。焊 核 与热 影 响 区交 界 处 的某 些 晶粒腐 蚀 后呈 现 黑色 ，可能 是 两种 原 因综 合作 用 引起 ：一 是 此 处温 度 高 ，经 历 了 明显 的退 火过 程 ， 晶粒有 一 定程 度 的变 形且 显 著长 大 ，抗 蚀 性 较 差 ， 导 致 某些 位 向 的 晶粒 易 于腐 蚀 而 形 成 一 簇 簇 黑色 的组 织 ； 二是 在某 个 温度 范 围 内 ，易 于析 出第 二相 粒 子 ，降 低 了原 晶粒 的抗 蚀
镁铝异种合金材料连接方法
镁铝异种合金材料的连接方法摘要：镁铝异种材料的物理、化学性能上的差异比较大，这就使得在焊接过程中，比较难搞得比较好的焊接接头，这就是使得这种材料比较难以走进实用化的发展方向。
现今，对于焊接的专家学者而言，已经开始对这种材料实施了大量有意义性的探讨、研究，一般方法就有扩散焊、电容放电焊以及熔化焊等。
在一般性的熔化焊中，是比较难搞成高质量的焊接接头；激光与电子束的焊接，是不能够有效地克服一些界面所存在的反应问题；而钎焊的加热温度过低，就不能够将基体中的金属彻底性的熔化，这样就能够有效地减轻基体中的破坏程度，明显的减小这些热变的形状，这在实践中，将是一个非常实用性的连接方法。
由于镁铝异种材料之间在物理、化学性能上所存在的差别不同，就会使得且中间层比较脆性，进而焊接的性能就比较差。
关键词：焊接技术；金属熔化；实用性；镁铝异种材料；反应问题一、爆炸焊连接运用相关的爆炸技术所产生巨大的冲击力，而产生的工件在短时间内发生碰撞，从而就可以完成焊接的方法。
爆炸焊接时，通常把炸药直接敷在覆板表面，或在炸药与覆板之间垫以塑料、橡皮作为缓冲层。
覆板与基板之间一般留有平行间隙或带角度的间隙，在基板下垫以厚砧座。
炸药引爆后的冲击波压力高达几百万兆帕，使覆板撞向基板，两板接触面产生塑性流动和高速射流，结合面的氧化膜在高速射流作用下喷射出来，同时使工件连接在一起。
爆炸焊连接镁和铝的接头强度较高，实现了接头的“等强度性”，目前已应用于实际生产中。
然而研究表明：界面处形成了mgo以及al2o3等脆性相，削弱了接头的塑性，而且接头的热稳定性较差，焊接变形大，接头形式也有一定的限制。
拉剪强度测量证实了钛-不锈钢爆炸复合棒达到了钛的等强结合。
类似的测量也证实，在正应力作用下，破断也发生在钛材内。
这验证了金属爆炸焊接可获得的最好结合强度相当于被焊金属中弱者的强度的理论说法。
用透射电镜和能谱仪等微观分析手段对爆炸焊接结合界面的微观组织进行观测和研究，结果表明，碰撞区由超细晶粒区（0.5～4.0μm宽）和两侧的高变形区组成，并证实了在高质量的焊接接头中有一个很窄的熔化区，它是由超细等轴晶组成的。
镁合金与钢搅拌摩擦焊焊缝成形探究
镁合金与钢搅拌摩擦焊焊缝成形探究本文用搅拌摩擦焊方法焊接了异种材料镁合金与低碳钢，分析了接头的截面形貌及硬度。
结果表明，当焊接工艺参数合适时，可以获得表面成形良好、无缺陷的镁合金与钢的对接接头。
对于接头，金相分析表明，在焊缝横截面，破碎的钢粒与镁合金呈较好的混合状态，在平行焊缝表面的平面内，破碎的钢粒成岛状分布于镁合金内。
硬度试验表明，焊核内局部区域具有较高的显微硬度，局部区域高硬度的产生可能与在焊核局部区域存在大颗钢粒有关。
前言镁合金是目前最轻的金属结构材料之一，具有较高的比强度、比刚度，被誉为21世纪绿色工程材料，被广泛应用于汽车、船舶、航空航天等领域。
钢是目前工业中应用最广的黑色金属。
目前，钢和铝合金、铜合金、钛合金等有色金属之间的连接技术已经日趋成熟，但钢和镁合金的连接还处在研究的初期阶段。
国内镁和钢焊接目前主要是熔焊，如夹镍层激光电弧复合焊，但镁和钢熔点差异大、晶格类型不同，从而造成它们在液态下极难互溶，所以用熔焊方法焊接镁和钢比较困难，且激光焊接的成本较高。
如果能实现镁合金和钢的优质连接，将为汽车工业减轻车身重量实现节能减排提供一种行之有效的方法。
因此, 镁和钢的连接问题已受到了国内外广大学者的关注。
搅拌摩擦焊（friction stir welding, FSW），是一种新的固态连接方法。
目前，国内外学者对铝合金、铜及其合金等金属的搅拌摩擦焊研究较多，研究表明搅拌摩擦焊可提高焊接接头的力学性能，避免熔化焊时出现的缺陷，且接头热影响区显微组织变化较小[6]。
鉴于搅拌摩擦焊一系列的优点, 国外学者用光面圆柱探针的搅拌头成功实现了镁合金与钢的连接[7]，但焊接接头两种材料混合的效果不是很理想。
本文以镁合金和钢为研究对象，采用带螺纹探针的搅拌头进行实验，对镁和钢固态焊接焊缝成形分析，为解决镁和钢的连接技术提供实验依据，同时为以后的深入研究奠定基础。
1 试验材料和方法1.1 实验材料试验采用的材料为AZ31B变形镁合金，厚度为4mm和Q235低碳钢，厚度为5mm 进行对接实验，其化学成分如表1和表2所示。
AZ31镁合金搅拌摩擦焊工艺及组织性能研究
AZ31镁合金搅拌摩擦焊工艺及组织性能研究对轧制态AZ31镁合金进行搅拌摩擦焊试验。
结果表明：n/v在10~25范围内，焊缝表面成形良好，n/v过大或过小焊缝中均会产生缺陷。
焊核区为细小、均匀的等轴晶；热力影响区晶粒局部较细小，有明显的变形；热影响区晶粒粗大；母材晶粒大小不均匀。
焊核区与前进边热力影响区的交汇处，晶粒发生了扭曲，为接头的薄弱环节。
接头抗拉强度最大值为207.2MPa，达母材强度的86.2%。
随着焊接速度的增加，接头抗拉强度先增大后减小。
前言镁合金具有密度小、比强度高、减震性强、易回收等优点，已在汽车、电子通信、国防等领域广泛应用[1]。
采用镁合金结构件可以大大减轻结构重量，降低生产成本。
但镁合金的广泛使用必将面临连接问题，而焊接无疑是其中的一种。
采用传统的焊接方法, 存在诸多问题，如焊缝及近缝区金属易发生过热和晶粒长大、易引起较大的热应力和焊件变形、易产生裂纹、晶粒间组织存在过烧的倾向、焊接时还容易生成氢气孔等，但已有相应的解决措施。
搅拌摩擦焊（FSW）是一种新型的固相连接技术，铝合金的连接应用相对较成熟，应用于其它金属的连接也有研究报道，如镁合金、钛合金、铜合金等，并且在异种金属的连接也有其独特的优势[3]。
目前搅拌摩擦焊已经成功焊接的镁合金包括AZ系（Mg-A1-Zn）、AM系（Mg-A1-Mn）等[4]。
张华等[5]对2.5mm厚热轧态AZ31镁合金进行搅拌摩擦焊试验，试验结果表明, 焊接参数的选择是相互制约的，每一个参数在自己的最佳范围内还需考虑与其他焊接参数的匹配，压入量适中时，最佳旋转速度为600~1180r/min，焊接速度为75~150mm/min，可获得优质的焊接接头。
邢丽等[6]对3mm厚的MB8镁合金进行搅拌摩擦焊试验，发现焊核区晶粒细小均匀，而热影响区的晶粒粗大，其晶粒尺寸甚至大于母材的晶粒尺寸。
熊峰等[7]对板厚为6mm 的AZ31镁合金搅拌摩擦焊接头的断裂机制进行了研究，结果表明热影响区晶粒粗大且分布不均，显微硬度最低, 是焊接接头的薄弱环节，接头最高拉伸强度可达到母材的92.7％，断裂多发生在热影响区。
基于不旋转轴肩的铝镁异种材料搅拌摩擦焊
第39卷第5期焊 接学报2 0 1 8 年5 月TRANSACTIONS OF THE CHINAWELDINGINSTITUTI0N V〇1.39(5)：055- 058M ay2018基于不旋转轴肩的铝镁异种材料搅拌摩擦焊李丰&，党鹏飞&，刘雪松2(1.中车青岛四方机车车辆股份有限公司，青岛266111;2.哈尔滨工业大学先进焊接与连接国家重点实验室，哈尔滨150001)摘要：焊具是搅拌摩擦焊的核心，对焊接质量起至关重要的作用.利用不旋转轴肩焊接系统对6061-T6铝和 A b1B镁合金进行连接，重点分析传统和不旋转轴肩焊接系统下接头成形和力学性能等.结果表明，与传统工艺 相比，采用不旋转轴肩工艺的接头表面成形更加光滑，焊核区以典型铝镁混合的叠层结构为主，且铝镁冶金结合界 面呈弯曲状，有效地增强了铝镁异种材料的机械咬合效果;焊缝区金属间化合物层明显减小，其主要是由不旋转轴 肩增强焊核区材料的搅拌效果并起到“热沉”的作用所致.采用不旋转轴肩的接头最大抗拉强度为137 MPa，较传 统工艺提高了 28%.关键词：搅拌摩擦焊；不旋转轴肩；铝镁异种材料；微观组织；抗拉强度中图分类号：TG453 文献标识码：A doi：10.12073/j.hjxb.20183901220序 言揽伴摩擦焊（friction stir welding，FSW)作为一■种固相连接技术，具有焊接温度低、残余应力和变形 小、接头质量高等优点，可替代熔焊进行铝镁异种材 料连接，并可避免传统熔焊时气孔、粗大晶粒、热裂 纹和大量金属间化合物等缺陷生成%1-3].在铝镁异种材料FSW中，导致铝镁焊接工艺窗 口狭窄的主要原因是焊接接头对焊接热输入敏感性 较高.在过低的热输入下，材料流变阻力增大，搅拌 针无法驱动焊核区（nugget zone，NZ)塑性材料流 动，引发搅拌针断裂或接头难以成形;过高的热输入 易导致NZ材料软化严重且材料流变阻力降低，使 NZ材料从轴肩两侧溢出形成飞边缺陷，引起材料外 流，使接头减薄量增加，诱发孔洞及隧道缺陷的出 现;此外，高热输入极易导致铝镁界面生成大量的金 属间化合物，恶化接头力学性能.刘震磊等人%3]的研究结果表明，在铝镁FSW中，旋转轴肩的产热在 搅拌头总产热中起到主导作用，焊接温度峰值出现 在搅拌头直接接触的区域;随搅拌头中心距离的增 加，温度逐渐降低，温度场沿搅拌头中心向周围扩散 并形成明显的温度梯度.d a n等人%4]发现当焊接温 度峰值达到铝镁共晶点时，易导致焊缝中心出现表 面裂纹缺陷.由此可见，为了得到高质量的铝镁焊收稿日期！2017-09-25基金项目：国家自然科学基金资助项目（51075102)接接头，控制焊接过程热输入和材料流动是极其必 的.工艺参数和搅拌头是影响热输入的主要因素.但由于铝镁异种材料物理和化学属性的差异较大，导致焊接工艺窗口极小%1].因此，搅拌头的合理选 择是一个突破口.静止轴肩搅拌摩擦焊是由传统FSW演变而来的焊接技术，包括不旋转轴肩体和旋转搅拌头;焊接过程中，不旋转轴肩仅沿焊接方向平 动%5].Li等人%6]在进行6061铝合金研究时均表明 不旋转轴肩工艺的引入可抑制飞边缺陷的产生且拓 宽焊接工艺窗口，提高接头力学性能.此外，Wu等 人%7]也表明不旋转轴肩体具有“热沉”的效果.对于工艺窗口较窄的铝镁异种材料FSW，文中 尝试采用不旋转轴肩进行6061-T6和A Z31B合金的 连接，并对比分析了传统和不旋转轴肩工艺下接头 成形、显微组织和力学性能等差异.1试验方法采用3I I厚6061-T6铝合金和A Z31B镁合金 作为研究对象，其尺寸为300 mmX100mmX3m m.外部不旋转轴肩外径和内径分别为14和11m m.内部旋转搅拌头的轴肩、搅拌针根部和顶部直径分别 为10，5和3mm;搅拌针长度为2.8m m.搅拌头下 压量为0.1mm且倾角为2.5°.搅拌头转速和焊接 速度分别为1 000 r/min和60 mm/min.焊接过程 中，镁合金和铝合金分别置于焊缝的前进侧56焊接学报第39卷(advancing side$AS)和后退侧（retreating side$ *-)，*S铝金材料向AS流，促形.搅拌针偏镁合金0.3m m.用电火花线切割机制备金力学试样.采用Keller试剂酸分别铝合金和镁合金侧金相腐蚀，并利用型号为0LYM PUS-GX71的显显微组；采用配备成分分析功能的KYKY-2800B型电子显微镜（scanning electron microscope，SEM)进行铝镁界面层的测量.利用型号为Landm ark MTS型电万试验机试验，速度为3m m/m in.利用型号为HVS-1000显度仪对铝镁显度测试，加载载荷为0.8 N，保压间为10s，测试位置表面1mm，测试点间距为0.5m m.2试验结果与分析2.1接头成形及组织图1为传转轴肩工艺表面成.可见，传工艺 表面出现大边缺陷，转肩有效地抑制了飞边缺陷的，如图1a，b所示.内部旋转转轴肩的包围一个封闭的腔室，可制高温下的塑性材料部旋转轴肩两侧溢出；同，外部的转轴肩会对表面“抹”的用，亦有利于减至边缺陷.图1两种工艺下接头表面成形Fig. 1Surface appearances of joints using two processes 图2为两种工艺下接头宏观形貌.由于不旋转肩有效地抑制飞边缺陷的，减少塑性材料的流失，转肩工艺 明显的厚度减，有利加载并裂纹扩展.此外，两工艺 道或孔缺陷.NZ主以铝镁层的条带状组织为主要特征，且均出现典型的洋.这主要是 过程，针的转，针围地塑性金属的软化层针后方堆积所.事实上，洋的可两种材料机械咬合果，铝镁异种材料的冶金结合，有利的力学.转轴肩工艺NZ铝镁叠层组织所远大于传统工艺，表明转轴肩的引入可NZ材料流动，铝镁异种材料的程度金结果.两工艺AS *S铝镁界面冶金结合长度，转肩工艺下AS和RS界面冶金结合长度均大于传统工艺，源的材料流为.Firouzdor等人%9&表明铝镁依赖长的界面长度强的机械咬力.可推断，不旋转肩引起的组织变化可度.(b)不旋转轴肩工艺图2两种工艺下接头宏观形貌Fig. 2 Macrostructures of joints using two processes图3为两工艺AS铝镁界面.可，两工艺界面了条带状组织.EDX分析结果表明条带状组织为铝镁金属间化合物.不旋转轴肩工艺条带状组织宽度传统工艺•Mofid等人%10-11]ZMao等人[12]使用水冷进行了AlMg异种材料FSW并发现冷工艺可有效地降低金属间化合物的厚度.试验中，根据试验结果可以，静止肩亦可在一定程度加冷却速度的作用，制金属间化合物长大，.第#期李丰，等：基于不旋转轴肩的铝镁异种材料搅拌摩擦焊57的引 大地 了铝镁异 的 .当焊接速度、转速 移量（镁侧"分别为60 mrn /min 、1 000 r /m in 和0. 3 m m 时，不旋转轴肩工艺下接头 最大抗拉强度和断后伸长率分别为137 M P a 和 1.6R ，分别比传统工艺了 28R 35R .首先，转轴肩阻止塑性材料溢出 表面，减少了飞边并使其流 部，厚度且无缺陷接头，有利的承载能力.其次，部金属被包围在封闭的空腔，有利 Al /M g 两种材料， 两材料的 程度加铝镁冶金结合界面长度，机械咬力.在前面的研究中，还 止轴肩对 表面具有冷却的作用，可金属间化合物厚度，延缓裂纹的扩展.以上用转轴肩工艺.图5两种工艺下接头拉伸性能 Fig. 5 Tensile property of joint传统工艺转轴肩工艺 裂位置如图6所示.裂位置均位A S 靠近(b )不旋转轴肩工艺图6接头断裂位置Fig. 6 Fracture locations of joints(a )传统工艺（b )不旋转轴肩工艺图3两种工艺下铝镁界面层形貌Fig. 3 819-010=1+3 ot \*8= joinin=*乂+9 B5d+r two 290+33+32.2显微硬度图4为两种工艺 横截面显微硬度分布，呈 匀分布.对铝镁异种FSW ，NZ 内显 度分布与强化相分布、大、以脆性金属间化合物的 、分布和大 [13].两种工艺下NZ 内显微硬度均出现极大值，远高于6061-T 6和A Z 31B 合金母材硬度，其主要由铝镁层间生成的脆金属间化合物所致，而其它位置显 度值变化主要是与层 的层间组织有关.此外，6061 ]6侧,Z 内显 度 母材，与温 大的应变速率引起的强化相的溶解和析出有关%14]，而A Z 31B侧NZ 内显 度母材，再结晶的化机制[15].最的是，对比两种工艺下,Z 区显度，转肩工艺度 传统工艺，但其它位置平 传统工艺.：转肩工艺中， 转肩与 表面，对N Z 材料起冷却的作用，有利制金属间化合物长大，度 #同， 转肩 的室有利 ,Z 材料流动且细化，平均度.60--------1-------1---------1-----1---------1---------1--------1--------1---------1~-10 -8 -6 -4 -2 0 2 4 6 8距焊缝中心距离L/m m图4接头横截面显微硬度Fig. 4 日（「@门+33onof joint32.3拉伸性能及断裂位置图 5 为 两 工艺.转 肩o o o o o o o o o543210987>£^埘龌«_58焊接学报第39卷热力影响区位置，该位置主要由连续的金属间化合物层组成.虽然在焊缝RS铝镁连接界面亦生成金属间化合物层，但通过组织观察可见，AS铝镁连接界面长度远小于RS，导致承载能力较低且不利于延缓裂纹扩展，从而导致接头韧性较差.这与Z h@等人[12]和Lm等人[16]的研究结果一致.3结 论(1)不旋转轴肩的引入可阻止塑性材料溢出焊 缝，改善铝镁异种材料FSW接头表面成形，抑制飞边缺陷且焊缝厚度减薄量显著减少，有利于得到厚度减薄和飞边小的铝镁焊接接头.(2)不旋转轴肩具有“热沉”作用，降低金属间 化合物厚度协同其诱导的剧烈材料流动，促进两种材料混合程度和增加连接界面长度，提高咬合效果.(3)当焊接速度、转速和偏移量（镁侧）分别为 60 mm/min,1000 r/min和 0•3m m时，接头抗拉强度和断后伸长率分别达到137MPa和1.6% ,比传统工艺提高了 28%和35R•接头断裂主要位于靠近 AS侧金属间化合物层处.参考文献：%1]李达，孙明辉，崔占全•工艺参数对铝镁搅拌摩擦焊焊缝 成形质量的影响[J]•焊接学报，2011，32(8):97-100.L i D a，Sun M in g h u i，C u i Z ha n q u a n. 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异种金属搅拌摩擦点焊装置及其方法[发明专利]
![异种金属搅拌摩擦点焊装置及其方法[发明专利]](https://img.taocdn.com/s3/m/58dd81f6cc7931b764ce158e.png)
专利名称：异种金属搅拌摩擦点焊装置及其方法专利类型：发明专利
发明人：杨洪刚
申请号：CN201210568669.1
申请日：20121224
公开号：CN103008874A
公开日：
20130403
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明提供一种异种金属搅拌摩擦点焊装置，包括搅拌套，在搅拌套中的搅拌针，夹持在搅拌套外的夹紧套，以及焊接垫块，夹紧套和焊接垫块之间为焊接工件，在焊接垫块顶部设有环形电刷，在焊接垫块中心设有T型通孔，并安装导电杆，导电杆与焊接垫块上表面齐平，环形电刷和导电杆分别通过导线与可控直流电源的正极和负极相连。
本发明还提供一种异种金属搅拌摩擦点焊方法，包括使金属材料塑性软化，同时环形电刷和导电杆分别连通极性相反的直流电源，使焊接回路导通，然后采用点焊工艺完成焊接。
本发明在异种金属的搅拌摩擦点焊过程中对下层强度较高的焊接材料施加一定的焊接电流，使材料更容易发生塑性变形，降低了焊接压力，从而提升焊接质量。
申请人：上海电机学院
地址：200240 上海市闵行区江川路690号
国籍：CN
代理机构：上海思微知识产权代理事务所(普通合伙)
代理人：郑玮
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