外加辅助条件搅拌摩擦焊技术研究进展

曾金成¹，宋波²，左敦稳³，邓永芳^1,4

1. 江西理工大学工程研究院2. 兰州理工大学机电学院3. 南京航空航天大学机电学院4. 赣州富尔特电子股份有限公司

摘 要：搅拌摩擦焊（FSW）是一种应用广泛的固相连接技术,但仍存在部分材料焊接难度较大、接头晶粒较粗、异种材料FSW接头内金属间化合物（IMC）难以调控和接头力学性能有待进一步提高等问题,严重阻碍了FSW技术的发展。在传统FSW基础上添加辅助条件能有效克服传统FSW的不足,提高FSW接头的质量。传统FSW过程产热量有限,导致部分材料在焊接时搅拌头磨损严重且轴向力大,焊接效率低,甚至无法进行有效焊接。在焊接前添加预热措施或焊接时加入超声波辅助,可增加焊接材料的软化程度,有效降低焊接过程中搅拌头的磨损,减小焊接时的轴向力,提升焊接效率。针对传统FSW接头晶粒粗大的问题,利用超声波的机械振动作用破碎接头中已形成的再结晶晶粒,同时超声波提供的能量能够增大接头内位错密度,有效地抑制晶粒粗化;外加冷却辅助能够迅速带走焊接过程中产生的热量,使接头快速冷却,缩短晶粒生长时间,抑制晶粒长大。对于异种材料FSW,接头内生成的IMC大部分为脆硬相,是接头断裂的裂纹源和裂纹扩展路径,添加超声波辅助将已形成的IMC破碎并抑制IMC生成;外加冷却方式提高了接头的冷却速率,抑制IMC生长。为了进一步拓展FSW的应用领域,在传统FSW基础上添加了焊前预热、超声波和冷却条件等辅助手段,这对提高接头性能有一定作用,外加辅助条件能软化焊接材料,减小材料流动阻力,改善材料的流动性,避免焊缝缺陷的产生,获得良好的连接界面,有效地提升接头性能。本文从外加辅助条件的有益效果角度对外加辅助条件FSW技术进行了总结,综述了不同辅助条件下FSW在焊接过程、晶粒细化、IMC控制和性能提升方面的国内外最新研究进展,分析了不同辅助方式起到有益效果的基本原理,以期为FSW技术的研究者提供参考。

关键词：搅拌摩擦焊;外加辅助条件;金属间化合物;晶粒细化;