第38卷第3期 2017年3月
焊接学报
TRANSACTIONS OF THE CHINA WELDING INSTITUTION
Vol.38No.3 March2017
轴肩形貌对铝合金搅拌摩擦焊焊缝金属流动的影响
毛育青12，柯黎明1,2，黄斌，刘奋成
（1.南昌航空大学轻合金加工科学与技术国防重点学科实验室，南昌330063；
2.西北工业大学凝固技术国家重点实验室，西安710072）
摘要：采用轴肩凹面内渐近线凹槽个数分别为0,2，4,6的搅拌头，并结合镶嵌标示材料方法进行焊接试验，分析轴肩形貌对焊缝金属流动影响。结果表明，随渐近线凹槽数增加，焊核区尺寸及其两侧标示材料向上迁移最大高度先增大后减小，同一焊缝中前进侧标示材料迁移高度始终大于返回侧．使用渐近线凹槽数为4个的搅拌头焊接时可使焊缝中的疏松缺陷消失，且焊核区面积、宽度及其两侧标示材料向上迁移高度最大适当增大渐近线凹槽数，
可增大金属塑化程度及其向下迁移量，改善焊缝成形质量关键词：搅拌摩擦焊；轴肩形貌；渐近线凹槽数：金属流动
中图分类号：TG453.9
0序言
文献标识码：A
文章编号：0253360X2017)03002706
同搅拌头焊接得到的接头抗拉强度及断后伸长率明显高于凹面形轴肩.De等人【8’发现，使用凹面轴肩
搅拌摩擦焊（friction stirwelding，FSW）是一种新型固态连接技术．焊接时高速旋转的搅拌头缓慢插人工件内部并与金属直接摩擦使其发生塑性变形，塑化金属迁移并发生冶金结合而形成致密焊缝焊接时母材金属不熔化，日避免传统熔焊过程中出现的气孔、裂纹等缺陷，接头性能优良，已经成功地应用于航空航天、船舶、汽车等行业中【1.2].
研究表明，搅拌摩擦焊缝成形与金属塑性流动行为密切相关，直接影响焊接接头性能：影响金属塑性流动因素很多，而搅拌头形貌对其起到至关重要的作用3，搅拌头由轴肩和搅拌针组成，其中，搅拌针形貌变化影响焊缝塑化金属迁移路径，而轴肩
搅拌头获得的接头疲劳性能高于三凹槽轴肩。张利国等人”通过模拟轴肩形貌变化对焊缝金属流动影响发现，同心圆轴肩下焊缝金属向下迁移速度远大于内凹轴肩．但是，关于轴肩形貌变化对焊缝金属塑性流动具体影响的试验研究还未见报道
基于上述研究，文中采用4种不同轴肩形貌的搅拌头，并结合镶嵌标示材料方法对叠层进行焊接，焊后观察焊缝中标示材料的流动轨迹，分析轴肩形貌对焊缝金属流动形态的具体影响，为加深对厚板 FSW焊缝金属流动行为理解及揽拌头合理设计提供数据支撑和理论指导.
1试验方法
形貌变化不仅改变焊缝摩擦产热总量，还影响塑化金属初始流动形态.柯黎明等人14]认为.采用带左
螺纹搅拌针焊接时，更有利于驱动焊缝塑化金属向下迁移；王晓东等人[3]发现，增加搅拌针表面螺纹数可增大金属向下迁移驱动力及单位时间内塑化金属迁移量，改善焊缝成形质量。但是，目前国内外关于轴肩形貌影响相关报道较少，主要集中在焊缝组织性能的研究.Galvao等人（采用轴肩形貌分别为平面、凹面及涡卷形搅拌头焊接1mm厚的铜板时发现，涡卷形轴肩下焊缝焊核区晶粒尺寸最小，力学性能最好.Scialpi等人「7研究发现，采用三凹槽形轴
收稿日期：2015-04-07
基金项目：国家自麟疆学基金资助项目（51265043）；江西省高等学
校料复露撼计划资助项目（KJLD13055，KJLD12074）
采用轴肩凹面内渐近线凹槽数（用n表示凹槽个数)分别为0,2.4.6的搅拌头进行FSW焊接试验，搅拌头示意图如图1所示.搅拌头加工材质为固溶时效态GH4169镍基高温合金.轴肩端面为内凹形，直径为28mm，内凹面深度为1mm；渐近线凹槽宽度为2mm，深度为0.5mm；搅拌针形状为带左螺纹圆锥形，螺距为1.5mm，搅拌针根部直径为 9mm，端部直径为4mm，长度为10.5mm
试验基材选用1mm和2mm厚的LY12铝合金薄板，各薄板间交替叠加0.02mm厚的铜箔作为标示材料.图2为标示材料叠放示意图.其中，图2a 表示标示材料平行于焊缝表面叠放，最上表面为