第33卷第12期 2012年12月
焊接学报
TRANSACIIONSOFTHECHINAWELDINGINSTTTUTION 搅拌摩擦焊接头形成过程分析赵华夏，董春林，栾国红
（中国航空工业集团公司北京航空制造工程研究所，北京
100024）
摘要：基于搅拌摩搬焊三维模型的切面分析方法，建立了焊接过程中接头切面的演变行为，将搅拌摩擦焊接头形成过程分为挤出阶段、迁移阶段、回填阶段和轴肩作用阶段四个阶段，对搅拌针作用下材料迁移过程进行了分析.指出挤出阶段将原始对接面及其表面氧化物迁移到后退侧，迁移阶段实现洋邀环层状组织的形成，并实现氧化物的碎化、弥散，回填阶段完成洋葱环形貌的最终成形，结果表明，采用切面分析法建立的接头形成过程四阶段能够较好地解释搅择摩擦焊接头形成机制以及“S线”等缺陷的产生原因，
关键调：搅拌摩擦焊；切面分析；接头成形；缺陷
中图分类号：TG453 0序言
文献标识码：A
文章编号：0253360X（2012)120093-04
Vol.33No.12 December 2012
赵华夏
断二维形貌的成形过程相对于推断搅拌针周围塑性金属的三维流动行为更为容易，因此以下介绍的研
搅拌摩擦焊（frictionstirwelding，FSW）凭借其具有的诸多优势，成为轻金属材料最先进的连接方法之一.FSW焊接过程中，搅拌针周围被焊材料的产热、塑化及流动行为是形成接头的基础)，因此国外学者针对FSW塑性金属流动行为开展大量研究工作，采用的研究方法包括示踪法[2]、急停法(3] 微观组织观察（4)或者多种方法相结合[3]，国内也对塑性金属流动行为开展大量研究工作，文献[6，7】构建了FSW塑性金属的层状流动模型.文献[8]通过示踪试验研究得出“抽吸-挤压”理论，文献[9] 采用紫铜作为示踪材料研究了FSW焊接过程中塑性金属在水平面上的二维流动行为.文献[10]采用铝箔示踪法研究了FSW洋葱环形成机制
纵观国内外学者所开展的研究工作，不论采用何种试验方法，其研究规角基本都立足于焊接过程中塑性金属在搅拌针周围的流动轨迹，而FSW焊接过程中塑性金属流动行为是不可见的，只能通过各种手段保留焊后接头内部的流动形貌，并通过切面金相照片体现出来，通过焊接终止后的二维图像去反推焊接过程中的三维运动行为必然存在极大的难度，并且分析结果与实际情况的吻合度也难以评判
由于FSW接头理论上是由无数个二维切面叠加而成，而通过对接头切面的金相观察和分析来推收稿日期：2012-06-18
基金项目：北京市科技计划资助项目（D111100002311002）万方数据
究工作通过对单个切面的材料流动及成形过程分析来研究FSW接头成形机理
FSW模型建立
针对厚度为6.35mm的7050-T7451铝合金FSW 过程中实际使用的搅拌头及试件形貌进行建模，图1 为实际焊接过程中搅拌针与被焊工件的相对位置关系，图1中隐藏了对接焊其中一侧工件，以便能够同时显示搅拌针及被焊工件形貌，在被焊工件中选择任一切面A（图1），并使切面A相对工件固定，观察任意时刻切面A处搅拌头与被焊工件的相互作用关系及其演变过程，观察方向如图1中虚线箭头所示
揽拌头
被焊工件
定转方尚焊接方向
：切面A
图1FSW焊接过程模型 Fig.1Model ofFSWprocess
从搅拌针根部接触到切面A开始，直至最终整