鋁合金2024-T4攪拌摩擦焊搭接接頭組織與性能分析

徐效東， 楊新岐， 周 光， 佟健華

（1.天津大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院天津市現(xiàn)代連接技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，天津300072;2.中國(guó)攪拌摩擦焊中心北京賽福斯特技術(shù)有限公司，北京 100024）

攪拌摩擦焊（FSW）作為一種新型的固相連接技術(shù)［1］，引起了國(guó)內(nèi)外學(xué)者的廣泛關(guān)注。在航空航天等工程實(shí)際結(jié)構(gòu)制造領(lǐng)域，搭接接頭是關(guān)鍵的連接形式之一，如傳統(tǒng)的飛機(jī)機(jī)身蒙皮、加筋板、機(jī)翼框架等［2］。2XXX和7XXX系列高強(qiáng)鋁合金在航空工業(yè)中具有廣泛的應(yīng)用，當(dāng)采用TIG或者激光等傳統(tǒng)熔焊方法焊接時(shí)，接頭強(qiáng)度低且變形嚴(yán)重，難以取代結(jié)構(gòu)復(fù)雜、加工費(fèi)時(shí)的鉚接接頭。FSW的出現(xiàn)解決這一難題提供新途徑，可使飛機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單化、減輕重量并且提高結(jié)構(gòu)的可靠性［3］。

FSW搭接接頭分為四個(gè)區(qū)域:母材區(qū)（BM）;焊核區(qū)（NZ）;熱力影響區(qū)（TMAZ）和熱影響區(qū)（HAZ），各區(qū)之間晶粒大小不一，具有不同的組織結(jié)構(gòu)［4，5］。FSW搭接接頭在搭接界面的焊縫邊緣存在兩個(gè)類似裂紋的未焊接區(qū)域（弱連接缺陷），該缺陷造成搭接接頭有效截面積減小，從而影響接頭強(qiáng)度，尤其是疲勞強(qiáng)度。Fersini［3］指出搭接接頭靜載強(qiáng)度較高，但是疲勞強(qiáng)度卻僅有靜載強(qiáng)度的15%左右。Ericsson［6］通過研究發(fā)現(xiàn)采用凹形端頭的攪拌頭，軸肩直徑越大，焊后搭接接頭疲勞性能越好。王希靖［7］指出攪拌摩擦焊接頭具有細(xì)小的等軸晶粒和狹窄的熱影響區(qū)，阻礙了滑移帶的形成和裂紋的擴(kuò)展，從而提高了接頭的疲勞性能。

目前國(guó)內(nèi)對(duì)FSW搭接焊工藝的研究開發(fā)還處于初始階段，對(duì)其組織特征缺乏系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)。……