铝合金FSW过程中搅拌针前缘金属周期性流动行为研究

摘 要 ： 用 高 速摄 像 技 术 研 究 了 搅 拌 摩 擦 焊 过 程 中不 同工 艺 参 数 条 件 下 搅 拌 工 具 与 被 焊 材 料 之 间 的相 对 运 动 ， 利 并 结 合 焊 核 区 金 属 组 织 形 貌 对 搅 拌 针 前 缘 金 属 流 动 行 为 进 行 分 析 。结 果 表 明 在 搅 拌 摩 擦 焊 接 过 程 中 搅 拌 工 具 与 被
搅 拌摩 擦焊 （ Ｓ ） 一 种 固相 连 接 技术 ， 有 ＦＷ 是 具
热输 入 低 ， 头 质 量 高 ， 全 性 能 好 的 特 点 ， 外 接 安 此
Ｆ Ｗ 还 是 一种 绿 色无 污染 的焊 接方 法 。在 航 空 、 Ｓ 航
１ 实 验 方 法
实 验 采 用 规 格 为 ２ ０ ｍ ×ｌＯ ｍ ×８ ｍ 铝 ０ｒ ａ Ｏｍ ｍ ２２ ０ ４板 材 在 由 Ｃ ２型 立 式 铣床 改 装 的搅 拌 摩擦 焊 ５
天 领域 中高强铝 合金 的连 接方 面有 着广 阔 的应 用前 景 。美 国早 在 １ ９ ９ ９年 发 射 的德 尔塔 Ⅱ火箭 燃 料 贮 箱 上 已经采 用搅 拌摩擦 焊 接技术 。在搅拌 摩擦 焊 接 过程中， 搅拌 针 带动 其 前 缘 金属 的流 动 行 直 接 影 响
焊 核 区组织微 观 演变 以及 焊接缺 陷如 隧道 型孔 洞 的
机 上进 行搅 拌摩 擦焊 接 。该设 备工 作 时搅拌 工具 只 做旋 转 运动 ， 给 则是 由机 床 平 台完 成 。高 速 摄 影 进 设备 型 号为进 口 Ｐ ｏ ｍ ３ ０ 用 于 分 析搅 拌 摩 擦 焊 ｈｔ Ｖ １ ， ｏ
接过 程 中铝 ２ ２ ０ ４板 材 进 给 的 运 动学 数 据 。拍 摄 采
第３ ２卷 第 １ 期
２１ ０ ２年 ２月
航
空
材
料
学
报
Ｖｏ ． ２，Ｎｏ １３ ．１
Ｊ ＯＵＲ ＮＡＬ ＯＦ ＡＥ ＲＯＮＡＵ Ｉ Ｔ ＣＡＬ ＭＡＴ Ｉ Ｓ ＥＲ ＡＬ
Ｆｅ ｒ ｒ ２０１ ｂ ｕａｙ ２
铝 合 金 Ｆ Ｗ 过 程 中搅 拌 针 前 缘 Ｓ 金 属 周 期 性 流 动 行 为 研 究
＠ ｈ ｔ ｉ． Ｏ ｏ ｏ ｍａ ｌ Ｃ Ｂ
２ 实验 结 果 与分 析
２ １ 搅拌 摩擦 焊接 过 程时 间位 移分 析 ．
Ｔａ ｌ Ｐｒ ｃ ｓ ｉ ｇ ｐ ｒ ｍｅ ｅ ｓ ｂ ｅｌ ｏ ｅ ｓ ｎ ａ ａ ｔ ｒ
但是 很少 有 学者从 工艺 参数 的周 期性 及焊 核 区
组织 周期 性 的角 度研 究 搅 拌 针 前 缘金 属 流动 行 为 。
因此 ， 研究 利用 高 速摄 像 手 段 分 析 搅 拌 摩擦 焊 接 本 过程 中搅 拌工 具 与被 焊 板 材 之 间 的相 对 运 动 ， 结 并
黄 甫 ， 熊 江 涛 ， 李 京 龙 ， 张赋 升 李瑞 迪 ，
（ ． 北 工 业 大 学 凝 固技 术 国 家重 点实 验 室 ， 安 ７ ０ ７ ；． 北 工 业 大 学 陕 西 省 摩 擦 焊 接 重 点 实 验 室 ， 安 ７０ ７ ） １西 西 １０ ２２ 西 西 １０ ２
形 成从 而影 响焊 接接头 的力 学性 能 。在搅 拌摩 擦焊 焊 核 区 组 织研 究 方 面 ， ａｇ Ｍｉ ｎｖ Ｘ ， ｉＣ ｉ Ｙ ｎ ， ｒ ｏ ， ｕ Ｌ ， ｕ 等 ｏ
人 分别从 不 同 的 角度 （ 晶粒 大 小 ， 织 演 变 以及 金 组
用 碘 钨 灯 作 为 光 源 ， 率 为 ２ ０ｐ ， 光 时 间 为 频 ０ ｆｓ 曝
合焊 核 区焊后 组织 形貌 从周 期性 的角 度揭 示Biblioteka Baidu 拌针 前缘 金属 的流 动行 为 。
收 稿 日期 ： ０ １ ７０ ； 订 日期 ： ０ １１ —０ ２ １ — —１ 修 ０ ２ １ —０２ 基 金 项 目 ： 北 工 业 大 学 凝 固 国 家 重 点 实 验 室 基 金 （ ３Ｑ 一 西 ４ 一Ｐ ２ ０ ； １Ｔ 一０ ９ ； 家 自然科 学 基 金 （ １７ １３ ０９ ３ 一Ｐ２ ０ ） 国 ５０ １２ ） 作 者 简 介 ： 甫 （ ９７ ） 男 ， 士 研 究 生 ， Ｅｍ ｉ ｈ ａｇｆ 黄 １８ 一 ， 硕 （ － ａｌ ｕｎ— ） ｕ
ＤＯＩ １ ． ９ ９ ｊ ｉｓ ． ０ ５５ ５ ． ０ ２ １ ０ ９ ：０ ３ ６ ／．ｓｎ １ ０ —０ ３ ２ １ ． ． ０
中 图 分 类 号 ： Ｇ １４ ４ Ｔ ７ ．４
文献标识码 ： Ａ
文 章 编 号 ： ０ ５５ ５ （ ０ ２ ０ －０ １０ １ ０ — ３ ２ １ ） １０ ４ — ０ ４
焊 接 板 材 之 间 的 相 对 运 动 存 在 着 明 显 的周 期 性 现 象 。并 且 搅 拌 针 对 其 前 缘 金 属 作 用 的一 个 周 期 可 分 为 两 个 阶 段
即 平 台 阶 段 和 进 给 阶 段 。 在 进 给 阶 段 前 缘 金 属 流 动 方 式 主要 以 整体 流 动 的 方 式 进 行 。 关 键 词 ： 拌 摩 擦 焊 金 属 流 动 周 期 性 接 头 组 织 形 貌 搅
期性 变 化 。
为取 样示 意 图 。试 样采 用 ｋ ｌ ｒ 剂 （ ＨＦ ＋１ ｅｌ 试 ｅ １ｍＬ ．
５ ｍ Ｈ １＋ ．５ ｍ Ｈ Ｏ Ｌ Ｃ ２ Ｌ Ｎ ＋ ９ ｍ Ｈ， 腐 蚀 并 在光 ５ Ｌ ０）
学显 微 镜下 观察 焊核 区组 织形 貌 。
表 １ 实 验 参 数
１ ９ ｓ 光 圈 为 ｆ 。表 １所 示 为 实 验 组 配 。 图 １ 示 ．ｍ ， ８ 所
属 流线 ） 析 焊 核 区组 织 ， 且 证 实 焊 核 区组 织 存 分 并 在 明显 的周 期 性 变 化 。而 Ｙ ｎ等 人 研 究 了 焊 接 过 ａ 程 的焊 接参 数 的变化 ， 结果 表 明压力 、 扭矩 呈 明显周