超声辅助镁合金搅拌摩擦焊接头厚度方向组织与性能研究

张丛楠，徐茂友，卫成刚，章宇盟，杨代立，陈书锦，于伦铸，芦 笙*

(1.江苏科技大学 先进焊接技术省级重点实验室，镇江 212100) (2.南京雷尔伟新技术股份有限公司，南京 211800)

镁合金具有比强度高等优点，但其比热容和熔化潜热小，采用熔焊方法容易产生气孔等缺陷，影响接头性能[1].为拓宽镁合金的应用领域，研究人员提出用搅拌摩擦焊(friction stir welding, FSW)来解决其焊接性问题.搅拌摩擦焊具有绿色环保、焊缝成型好、接头性能优越等优点[2].而研究表明，镁合金FSW工艺窗口较窄[3-4]，且FSW是一个复杂的热力耦合过程，其杂乱的传质传热和塑性流变过程会导致焊接过程的温度场、塑性流场及接头的组织性能在三维尺度上呈现出不对称、不均匀、非连续性特征[5-6].文献[7-8]对FSW焊缝各区的组织结构进行了分析.研究表明，在厚度与宽度方向上，焊缝各位置的晶粒尺寸和最大织构强度有明显差异，塑性变形能力及机制也各不相同，进而对性能产生影响.FSW的“三维不对称非线性梯度”特征使得焊接过程中易出现隧道、未焊合等缺陷，从而降低接头的力学性能，限制了FSW在轻合金连接中的应用.

为解决上述问题，研究人员将外加辅助能量施加于FSW过程中，实现对焊接工艺及接头性能的优化[9]，其中超声辅助搅拌摩擦焊(ultrasonic vibration friction stir welding,UFSW)最受关注.超声波在焊接过程中起主要作用的为振动效应和体积效应.振动效应可以使塑化金属晶粒在焊缝成型过程中吸收超声能量而高频率振动，金属微粒活性增强，流动加剧的同时晶粒被震碎，为再结晶形核提供了条件，从而起到细化晶粒的作用；……