山東大學武傳松教授：超聲振動強化攪拌摩擦搭接焊（UVeFSLW）工藝及接頭質量的研究

【引言】

攪拌摩擦搭接焊（FSLW）作為一種固相連接技術，可以用于連接相同或者不同厚度的試板，而且避免了傳統熔焊方法中產生的氣孔、裂紋和非金屬夾雜等缺陷，同時鑒于其在輕合金焊接中的巨大優勢，使其在汽車、輪船和航空航天等領域具有廣泛的應用前景。在焊接過程中，由于工件材料發生塑性流動使搭接界面發生遷移從而形成鉤狀缺陷、冷搭接缺陷等界面缺陷，這些界面缺陷的出現會嚴重影響接頭的力學性能。最近，超聲振動因其具有能量利用率高、軟化效果好等被廣泛應用于金屬塑性加工過程中，來提高產品生產效率和質量。因此，本文借助超聲振動來改善攪拌摩擦搭接焊工藝以及提高接頭性能。

【成果簡介】

近日，山東大學的武傳松教授（通訊作者）在Science and Technology of Welding and Joining上發表了最新的研究成果“Process and joint quality of ultrasonic vibration enhanced friction stir lap welding”。在該文中，研究了超聲振動對6061-T6鋁合金攪拌摩擦搭接焊工藝過程及接頭質量的影響。

【圖文導讀】

圖1 UVeFSLW焊接過程及接頭力學性能測試試樣示意圖

（a）超聲振動強化攪拌摩擦搭接焊過程示意圖

（b）接頭顯微硬度測試位置示意圖

（c）剪切拉伸試樣尺寸

圖2 FSLW和UVeFSLW接頭橫截面組織形貌（攪拌頭轉速：?600?rev?min?1）

（a）焊接速度為150mm/min

（b）焊接速度為200mm/min

（c）焊接速度為260mm/min

（d）焊接速度為320mm/min

圖3 不同焊接速度下的冷搭接缺陷、鉤狀缺陷高度及有效搭接寬度的比較

（a）冷搭接缺陷

（b）鉤狀缺陷

（c）有效搭接寬度

圖4 不同焊接速度下的FSLW和UVeFSLW接頭剪切拉伸測試失效載荷

圖5 接頭失效模式（ω?=?600?rev?min?1,?υ?=?200?mm?min?1）

（a）FSLW試樣

（b）UVeFSLW試樣

圖6 接頭斷口SEM圖（ω?=?600?rev/min,?υ?=?200?mm/min）

（a）FSLW試樣

（b）UVeFSLW試樣

圖7 FSLW和UVeFSLW接頭在板厚方向上的顯微硬度（ω?=?600?rev/min, υ?=?200?mm/min）

（a）Z=1.5mm

（b）Z=4.0mm

圖8 異種鋁合金6061-T6/2024-T3搭接接頭橫截面宏觀形貌

（a）橫截面取樣位置示意圖

（b）P1處宏觀形貌

（c）P2處宏觀形貌

（d）P3處宏觀形貌

圖9 異種鋁合金6061-T6/2024-T3搭接接頭P4（見圖8）處的宏觀形貌

（a）FSLW試樣

（b）UVeFSLW試樣

圖10 異種鋁合金6061-T6/2024-T3搭接接頭P1-P4（見圖8和9）處冷搭接缺陷和鉤狀缺陷的高度（ω?=?600?rev/min, υ?=?200?mm/min）

（a）冷搭接缺陷

（b）鉤狀缺陷

【小結】

超聲振動強化攪拌摩擦搭接焊接頭強度更高，顯微硬度更高，塑性更好。施加超聲振動后，接頭斷裂模式從韌-脆混合斷裂形式開始向韌性斷裂轉變。鉤狀缺陷很大程度上影響接頭斷裂模式而失效載荷取決于接頭有效搭接寬度。超聲能量能夠消除接頭內孔洞型缺陷，降低鉤狀缺陷高度，增大有效搭接寬度和層流區（LFZ）寬度。總之，超聲振動提高了材料流動性，改善了接頭界面形貌，使接頭質量更好。

文獻鏈接：Process and joint quality of ultrasonic vibration enhanced friction stir lap welding（ SCI TECHNOL WELD JOI，2018，DOI: 10.1080/13621718.2018.1476084）。

本文由材料人編輯部金屬組 楊樹 供稿，材料牛編輯整理。

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