铝合金搅拌摩擦焊接头力学性能分析
FOME：未知
搅拌摩擦焊属于固相连接方法，与传统熔焊相比，焊接过程中金属不发生熔化，可以有效避免气孔的产生，并降低了裂纹的发生率。此外，在搅拌工具的搅拌和顶锻作用下，其接头组织细密，力学性能明显优于传统熔焊接头。图1为2219铝合金采用不同焊接方法所得到的接头力学性能对比图。由图1可以看出，搅拌摩擦焊接头的抗拉强度达到了350MPa（仅次于电子书焊接头，明显优于其他焊接方法所得到的焊接接头），且其延伸率达到了6%，远高于其他焊接方法接头；因此其综合性能最为优良。
研究表明，焊态下，搅拌摩擦焊接头焊核区的组织强度要高于热影响区的组织强度。对于退火状态的铝合金而言，拉伸试验的断裂位置通常在母材上；而对于形变强化和热处理强化铝合金铝合金而言，断裂通常发生在焊接接头的位置。形变强化和热处理强化铝合金在焊接时，可通过控制焊接热循环，尤其是降低热影响区退货和过时效的方法改善接头性能；与此同时，也可通过焊后热处理的方法提高其接头性能。表1为不同铝合金搅拌摩擦焊接头焊态和热处理态拉伸试验结果数据。
由于搅拌摩擦焊的特点，焊缝上部受到轴肩和搅拌针的双重作用，焊缝下部仅受搅拌针作用，导致焊缝在整个厚度方向上的组织结构和性能产生差异，具体表现为焊接接头力学性能表现出各层异性。图2为8mm厚度LD10铝合金不同厚度位置的力学性能结果。由图2可以看出，接头上部抗拉强度最高，达到380MPa（该数据已超过接头的整体强度360MPa），而中部和下部的抗拉强度小于接头的整体强度。
图2 接头不同位置力学性能对比图
对于无缺陷的焊接接头而言，接头上部受到搅拌针搅拌和轴肩顶锻的双重作用，这部分晶粒非常细小，组织比较致密，因此力学性能最好。对于接头下部而言，仅受到搅拌针的搅拌作用，无轴肩的顶锻作用，搅拌针附近的热影响区受热作用而导致晶粒粗大，但由于焊缝下部与垫板相接触 ，散热较快，有效热输入较小，因此晶粒长大不明显。对于接头中部而言，既没有受到轴肩的顶锻作用，且无法直接通过垫板和空气散热，有效热输入较大，因此晶粒长大明显，导致力学性能最差。
