AZ31Mg/6061Al合金搅拌摩擦搭接焊焊接接头组织与性能的研究

摘要

搅拌摩擦搭接焊（Friction stir lap welding，FSLW）作为一种固相焊接技术，被广泛应用于 Mg/Al 异种金属的连接。Mg/Al 异种金属焊接过程中界面处不可避免的生成金属间化合物(intermetallic compounds，IMCs)。IMCs的含量、分布是影响搭接接头组织与性能的关键因素。因此，本文在空气中进行 AZ31Mg/6061Al FSLW工艺参数优化基础上，对搭接界面Mg/Al IMCs的生成及演变进行机理分析。并通过添加中间层 Zn 箔以及水下搅拌摩擦搭接焊（Submerged friction stir lap welding，SFSLW）来抑制 IMCs的生成，改善焊接接头组织和力学性能。主要研究结论如下：　　空气中Mg/Al FSLW 工艺研究中得出，选用带螺纹圆锥型搅拌针，镁合金置于上板且位于前进侧，压下量为0.2 mm~0.25 mm时，可获得无缺陷焊接接头；当搅拌针为长针（5.5 mm）时，选取较小的旋转速度和焊接速度，且在焊接参数750 r/min，23.5 mm/min下接头力学性能达到最优；当搅拌针为短针（3.8 mm）时，选取较大的旋转速度和焊接速度搭接接头成型性较好，且在1180 r/min，47.5 mm/min时搭接接头力学性能最佳。经分析得知焊合区过渡层组织主要为Mg、Al、Al12Mg17 （γ）以及Al3Mg2（β）组成，其中γ靠近Mg侧为不连续网状分布，β呈带状分布在靠近Al侧界面处；断裂发生在Mg/Al接头界面过渡层IMCs。　　在搅拌针选取短针时，添加中间层Zn可有效阻隔Mg/Al异种金属 FSLW过程中Mg/Al IMCs的生成，在界面近Mg侧生成白色网状组织MgZn2和MgZn等共晶组织，近Al侧生成Al-Zn固溶体组织。采用长针在焊接参数750 r/min，23.5 mm/min和采用短针在1180 r/min，47.5 mm/min在循环水介质条件下，进行Mg/Al异种金属FSLW可减少界面Mg/Al IMCs的生成量及改善IMCs的分布形态，改善搭接接头微观组织和剪切性能。通过结合水下焊接和添加中间层 Zn 箔双重因素，在焊接参数为1180 r/min；47.5 mm/min，采用短针进行FSLW，所获得的Mg/Al接头成型性好且剪切性再次得到提高，约为5.6 kN。

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