7A04-T6鋁合金水下攪拌摩擦焊接接頭的組織和性能

徐瑞琦， 王 文， 郝亞鑫， 喬 柯， 李天麒， 王快社

(西安建筑科技大學(xué) 冶金工程學(xué)院，西安710055)

7A04 鋁合金屬于Al-Zn-Mg-Cu 系鋁合金，是一種超硬鋁合金，具有密度小、比強(qiáng)度高、疲勞性能好、抗腐蝕性能強(qiáng)、易成形等諸多優(yōu)點(diǎn)，已被廣泛應(yīng)用于航空、航天、船舶、車輛、現(xiàn)代核工業(yè)等領(lǐng)域中。超高強(qiáng)鋁合金傳統(tǒng)焊接方法主要有熔化極氣體保護(hù)焊、鎢極惰性氣體保護(hù)焊、等離子弧焊、激光焊和電子束焊等。這些傳統(tǒng)的熔化焊接方法容易產(chǎn)生氣孔及裂紋等缺陷，焊接質(zhì)量較低，例如2519 鋁合金熔化極氣體保護(hù)焊及激光焊焊接接頭強(qiáng)度僅為母材強(qiáng)度的61% ～74%［1］。

攪拌摩擦焊(friction stir welding，F(xiàn)SW)是英國(guó)焊接研究所于1991年發(fā)明的一種新型的固相連接技術(shù)［2］，并已在鋁合金，特別是很難用傳統(tǒng)的熔化焊接方法進(jìn)行焊接的2XXX 和7XXX 系鋁合金中成功應(yīng)用［3～11］。近年來國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)鋁合金FSW 進(jìn)行了大量研究，結(jié)果表明:與傳統(tǒng)熔化焊接技術(shù)相比，F(xiàn)SW 可以顯著提高焊接接頭的強(qiáng)度。但是，由于FSW 過程中產(chǎn)生了大量的摩擦熱和塑性變形熱，使得焊接接頭存在明顯的熱軟化效應(yīng)，導(dǎo)致焊接接頭的強(qiáng)度低于母材，特別是超高強(qiáng)鋁合金焊接接頭，其最高強(qiáng)度為母材強(qiáng)度的77%。2219-T6 鋁合金的抗拉強(qiáng)度僅為母材強(qiáng)度的73.7%［12］，7050 鋁合金的接頭強(qiáng)度僅為母材強(qiáng)度的77%［13］。為了解決該問題，國(guó)內(nèi)外學(xué)者嘗試采用冷卻介質(zhì)對(duì)焊接過程中的被焊工件進(jìn)行實(shí)時(shí)強(qiáng)制冷卻或焊后冷卻，以減弱焊接溫度場(chǎng)對(duì)接頭的熱軟化效應(yīng)，從而改善接頭的組織和性能［14～18］。水作為一種常用的冷卻介質(zhì)，具有較高的比熱容和較強(qiáng)的導(dǎo)熱能力，其強(qiáng)大的冷卻作用可以有效地減少被焊接工件的熱輸入量，減小再結(jié)晶晶粒和析出相長(zhǎng)大的驅(qū)動(dòng)力，進(jìn)而達(dá)到細(xì)晶強(qiáng)化和沉淀強(qiáng)化的目的。……