6061－T6鋁合金超聲輔助攪拌摩擦焊接頭的組織與力學性能

寧朝陽，任成高

（湖南工業職業技術學院，長沙 410208）

0 引 言

自1991年英國焊接研究所（TWI）發明攪拌摩擦焊（FSW）以來，該技術在鋁、鎂、銅等輕金屬材料的焊接方面展現了獨特的優勢，并得到了越來越廣泛的應用［1－2］。FSW屬于固相焊接，焊接過程的溫度較低，不會達到被焊材料的熔點，不會產生裂紋、氣孔等熔化焊經常出現的缺陷；此外，它還具有很多優點，如接頭強度高，接頭殘余應力小、變形小，焊接過程綠色、環保，焊接成本低，易于實現自動化等［3－5］。目前，FSW 已在航空航天、造船、高速列車、汽車制造等領域顯示出了廣闊的應用前景。

隨著被焊材料的強度提高，焊接難度增大，FSW的適焊性下降，表現為接頭的缺陷增多，強度降低，適焊工藝參數窗口變窄。其根源是由于FSW的熱源主要來自于攪拌針軸肩與焊件上表面間的摩擦熱、攪拌針與焊件結合面間的摩擦熱以及攪拌針附近金屬的塑性變形熱。其中大部分熱源來自軸肩與焊件上表面間的摩擦熱［6－8］，這一生熱機制導致熱輸入在焊接區分布不均，從而使得焊接接頭在厚度方向的組織、性能差異很大，且在焊接接頭下表面易出現未焊透和隧道型缺陷。目前，改善FSW過程中材料流動行為的主要途徑是優化攪拌頭的幾何形狀、優化組合焊接工藝參數以及改善焊接區的溫度場，但由于FSW生熱的固有特性，以上三種途徑的改善作用都非常有限。

強超聲在介質中傳播時會產生一系列效應，如力學效應和熱學效應等。其中，超聲波的力學效應有攪拌、分散、除氣、成霧、凝聚和沖擊破碎的作用；……