AZ31镁合金搅拌摩擦焊工艺研究(2)
1.1 镁合金的搅拌摩擦焊焊接性 1.1.1 镁及其合金的焊接性 由于镁合金熔点低（651℃），沸点低（1100℃），导热快，氧化性强（高温下，易形成MgO和镁的氮化物），线膨胀系数大（为钢的 2倍，铝的 1.2 倍），易于 Cu、Al、Ni 等合金元素形成低熔点共晶（如 Mg-Cu 共晶熔点为 480℃，Mg-Al 共晶熔点为430℃，Mg-Ni 共晶熔点为 508℃），且氢在镁中的溶解度随温度的降低而急剧减少，导致传统的连接方法存在热影响区较大，疏松，合金元素的蒸发减损和高残余应力等缺陷[1-5,8]。
1.1.2 镁合金的搅拌摩擦焊的性能 镁合金搅拌摩擦焊的焊接接头系数在 90%以上，接近母材的强度[7]。源]自{吹冰·~论\文}网·www.chuibin.com/ 且其抗拉强度、伸长率和冲击韧度等指标均优于一般熔焊方法[14]。由于焊核区的晶粒要比母材细，该区域的硬度一般要比母材的硬度高。此外，焊接接头的疲劳性能和耐腐蚀性能也是镁合金搅拌摩擦焊的重要研究对象。尤其在焊后，焊接接头的显微组织与母材组织不同以及残余应力的影响，镁合金的耐腐蚀性能研究变得更加重要。
1.2 搅拌摩擦焊工作原理及技术特点 1.2.1 工作原理 搅拌摩擦焊（Friction Stir Welding, 简称 FSW）是由英国焊接研究所( The Welding Institute, 简称 TWI) 于 1991 年提出的一种固态连接方法, 于 1993 年和1995 年在世界许多国家申请了知识产权保护[2]。 搅拌摩擦焊是在高速旋转的搅拌头（由轴肩和搅拌针组成）的轴向压力的作用下，以焊件接触面间的相对摩擦和塑性变形产生的热量为热源，使接触面和附近区域金属达到黏塑性状态并产生适当的宏观塑性变形，然后在搅拌针的机械搅拌的作用下使金属发生流动，同时搅拌头沿着焊接方向移动，通过两侧材料间的相互扩散和动态再结晶实现工件的连接[6,7]。搅拌摩擦焊的工作原理如图 1所示。
1.2.2 技术特点 实际上，搅拌摩擦焊是在低于熔化温度下实现焊接的，且无气孔、无飞溅、无烟尘，不需添加焊丝和保护气。与传统电弧焊相比，搅拌摩擦焊焊接接头具有良好的抗疲劳、拉伸和弯曲性能。且接头部位温度梯度较小，不存在金属的熔化过程和大范围的热塑性变化过程。此外，该方法对操作者的操作技能要求并不高，工艺重复性好，易实现高速、自动化，智能化操作[3,4]。 然而，搅拌摩擦焊也存在一定的局限性，主要表现在[7]： 1）为防止工件被移动和被焊穿，搅拌摩擦焊对夹具和垫板的要求比较高。导致在冷却过程中产生残余应力。 2）焊接热量低于工件的熔化温度，焊接速度要比一般熔焊方法低。 3）焊接结束后搅拌头的位置会留下一个小孔，及“匙孔”问题。这个部位往往会产生应力集中，影响工件力学性能，需要想办法切除掉。