基于多焊道摩擦攪拌焊接的A3003 /SUS304搭焊接頭力學(xué)性能

基于多焊道摩擦攪拌焊接（FSW）法試制斷面尺寸大的A3003/SUS304搭接接頭，并對該種焊接接頭的強(qiáng)度特性進(jìn)行研究。

試驗(yàn)材料為A3003～H112鋁合金板和市售的SUS304不銹鋼板。A3003的板厚為11mm和40mm。40mm的合金板經(jīng)機(jī)械加工后使用。SUS304鋼板板厚為20mm，寬為130mm，上下面和側(cè)面均經(jīng)過機(jī)械加工，表面平滑。介紹了A3003-H112和SUS304的化學(xué)成分及力學(xué)性能。

對制作的多焊道FSW搭接接頭，從A3003一側(cè)進(jìn)行放射線透視試驗(yàn)（RT），從SUS304一側(cè)進(jìn)行超聲波探傷試驗(yàn)（UT）。明確在FSW的攪拌區(qū)域（S2）和接合界面上沒有裂紋和空洞等缺陷。對制作的試片進(jìn)行表面拉伸和疲勞試驗(yàn)。使用電子顯微鏡對A3003/SUS304焊接界面以200kV加速電壓進(jìn)行TEM觀察。

研究得出以下結(jié)論。

（1）通過選取最佳接頭形狀和FSW焊道數(shù)量、位置、方向，得到靜態(tài)強(qiáng)度平均為68.6MPa的接頭，此數(shù)據(jù)覆蓋A3003和SUS304的搭接面全部區(qū)域。所以，利用多焊道搭接FSW能夠制作斷面尺寸大的A3003/SUS304接頭。

（2）使用光學(xué)顯微鏡觀察多焊道FSW接頭的斷面組織發(fā)現(xiàn)，A3003的摩擦攪拌區(qū)域未發(fā)生晶粒的粗大化和軟化等。進(jìn)一步觀察A3003/SUS搭接FSW界面發(fā)現(xiàn)，反應(yīng)層厚度由200～300nm2層構(gòu)造的IMC構(gòu)成。這些成分A3003一側(cè)為Al13Fe4，SUS304一側(cè)為Al5Fe2，IMC厚度約為100～150nm，為非常薄的微細(xì)組織。

（3）上述多焊道FSW接頭的疲勞強(qiáng)度在斷裂次數(shù)105～106時(shí)約為25MPa（R=0.1）。

（4）采用FEM分析多焊道FSW接頭的應(yīng)力狀態(tài)，根據(jù)分析結(jié)果研究FSW焊道的設(shè)置對接頭強(qiáng)度的影響。

刊名：輕金屬溶接（日）

刊期：2014年第10期

作者：西田英人等

編譯：郝長文