1.5.2异种材料金相组织显示法 6

1.5.3彩泥模拟法 7

1.6SSFSW研究现状综述 7

1.7目前SSFSW工艺研究存在的问题 9

1.8本文研究的主要内容 10

第二章 试验材料、设备与方法 11

2.1试验材料 11

2.2试验设备 11

2.3试验方法 12

2.4试样制备 14

第三章 6061-T6铝合金SSFSW接头水平方向上的金属流动行为分析15

3.1镶嵌铜箔接头X射线分析 15

3.2不同高度层金属在水平方向上的流动行为 16

3.3搅拌头旋转速度对水平方向上金属流动行为的影响 20

3.4焊接速度对水平方向上金属流动行为的影响 21

结 论 24

致 谢 25

参考文献 26

第一章 绪论

1.1课题研究的背景及意义

搅拌摩擦焊（FrictionStirWelding,简称FSW）是一种较为先进的压力焊技术，是1991年英国焊接研究所（TheWeldingInstitute,简称TWI）发明的用于固相连接的焊接技术。与传统的熔焊方法相比，搅拌摩擦焊具有很多优点，比如焊接过程稳定无飞溅、焊缝成形美观等，搅拌摩擦焊焊接接头性能优良，无气孔，焊后残余应力小，焊缝组织晶粒细小，强度高，特别适合铝合金这种不易用熔焊来焊接的材料，总体来说，搅拌摩擦焊成本低，质量高，自1991年发明以来，焊接领域对此项技术进行了大量

的研究[1~4]。至今搅拌摩擦焊已经经历了20多年的发展，在飞机制造、机车车辆、和船舶制造中都得到了应用，主要用于铝合金、镁合金、铜合金、钛合金和铝基复合材料的焊接，应用搅拌摩擦焊获得的对接接头、T形接头和角接接头性能优良，在飞机制造、机车车辆、和船舶制造中都得到了广泛的应用，尤其是对异种材料的连接，搅拌摩擦焊与其他焊接方法相比优势很大[4]。

然而，常规的搅拌摩擦焊的产热方式是通过轴肩与被焊接材料之间的摩擦，要想产生足够的热量并保证焊缝成形良好，需要较大的轴向力，设备和夹具要具有足够的刚度才能保证工件的牢固装夹[5~6]。由于搅拌工具对焊接位置和焊接技术的限制，目前大多数搅拌摩擦焊技术在工业中的应用只能是简单的对接接头形式，而飞机机身、汽车车身以及船舶的制造中都要用到复杂的T形接头和角接接头，这就导致搅拌摩擦焊技术很难在这些结构制造中广泛推广和应用；由于在焊接过程中，搅拌工具轴肩与被焊材料的表面剧烈摩擦，产生的热量占总热量的70%~80%，导致在应用搅拌摩擦焊技术焊接钛合金等热传导性较低的材料时，焊缝表面温度过高并且在板厚方向温度分布不均匀，从而在焊接接头中都存在一定的缺陷[7~9]。

为了克服传统搅拌摩擦焊技术的局限性，英国焊接研究所将传统搅拌摩擦焊中搅拌工具中的轴肩和搅拌针分开，使焊接过程中搅拌针高速旋转而轴肩保持静止，开发出静止轴肩搅拌摩擦焊(StationaryShoulderFrictionStirWelding,简称SSFSW)技术。它不仅成功实现了钛合金等热传导性较低的材料的焊接，而且实现了不同厚度的铝合金板的角焊缝焊接，表明静止轴肩搅拌摩擦焊在制造铝合金角接接头和T形接头方面的优势很大[10~12]。静止轴肩搅拌摩擦焊与传统搅拌摩擦焊相比具有下列优点：