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1、目 录1 前言 .11.1 选题的依据和意义 .11.2 国内外研究概况及发展趋势 .11.2.1 搅拌摩擦焊的简介 .11.2.2 搅拌摩擦焊接头区域分布 .21.2.3 搅拌摩擦焊接头的缺陷特征及类型 .21.2.4 涡流电导率检测法 .31.2.5 搅拌摩擦焊无损检测的研究现状及发展趋势 .41.2.6 课题研究内容 .62 试验条件及试验方法 .62.1 试验条件 .62.2 试验方法 .72.2.1 检测试样的制备 .72.2.2 电导率的测量 .82.2.3 焊缝金相制备与显微观察 .83 实验结果及分析 .93.1 CZ 态 LY12 对接焊缝的电导率分布 .93.1.1 焊缝组
2、织变化对电导率分布的影响 .93.1.2 未焊透焊缝电导率分布与无缺陷处的分布差异 .123.1.3 厚度对电导率的影响 .123.1.4 未焊透深度对电导率的影响 .123.2 CZ 态与 M 态 LY12 对接焊缝的电导率分布 .133.3 CZ 态 LY12 斜面对接焊缝的电导率分布 .144 结论 .17参考文献 .18致 谢 .20南昌航空大学毕业设计（论文）11 前言1.1 选题的依据和意义铝及铝合金具有比重小、导电性好、耐蚀性强、散热性能好、比强度高和易于进行多种加工等特点，使其在各行业得到广泛应用。在熔焊生产中，铝合金高温熔化状态时易吸附氢而导致凝固后产生气孔，并且易产生热裂纹
3、，而且铝合金材料表面致密的氧化层以及弧焊过程中的较大变形等限制了材料进一步的推广应用。与常规熔焊相比，搅拌摩擦焊属固相焊接，焊缝区具有与母材一致的冶金组织，焊接过程中焊缝区的晶粒会得到细化，在某种程度上很好的解决了铝合金的焊接问题。搅拌摩擦焊缝区产生的缺陷具有明显的紧贴、细微和难检测的特点，目前对如何评定铝合金搅拌摩擦焊缝成形质量尚缺乏一致的检测标准。推广铝合金搅拌摩擦焊在重要工业领域的应用，必须针对其焊缝存在的缺陷特征采取有效的无损检测方法，因而无损检测已成为近年来国外推广搅拌摩擦焊在重要工业领域中应用的重点研究课题 1-4。目前在国内外，由于搅拌摩擦焊的应用还不广泛，搅拌摩擦焊的无损检测在
4、技术上也处于缺陷表征与检测方法探索、技术积累阶段 3，5-6 。对于搅拌摩擦焊接头中的缺陷，目前通常采用X射线、和超声无损检测以及金相观察等方法进行检测。但这些检测方法所用设备一般都比较昂贵，而且携带不变，操作也比较复杂，对实际生产检测都带来了极大的不便。涡流电导率检测作为近年来发展的无损检测法，在检测设备及操作上存在极大的便利，如果将其运用于铝合金搅拌摩擦焊焊缝质量的评估上，将是对搅拌摩擦焊焊缝检测的一个新的尝试。搅拌摩擦焊过程中，焊缝未焊透引起的材料连接不连续及焊接热过程和机械搅拌作用所引起的显微组织变化对电导率都有着很大的影响，因而可以通过测量焊缝区电导率的分布情况来评估该影响的大小。由
5、于目前缺乏相应的电导率检测标准 7，将电导率测量用于铝合金质量控制过程还需要大量的研究探索。如果能够从实验和理论结合上去探讨电导率对搅拌摩擦焊接头性能的影响，从而揭示该影响在实际检测中的应用，对电导率检测法在搅拌摩擦焊近表面缺陷的检测中的应用有着极其重要的作用。1.2 国内外研究概况及发展趋势1.2.1 搅拌摩擦焊的简介搅拌摩擦焊（Friction Stir Welding 简称 FSW）是英国焊接研究所（The 南昌航空大学毕业设计（论文）2Welding Institute 简称 TWI）于 1991 年发明的一种固相连接技术。它采用特型搅拌头在待焊工件中旋转、摩擦产生热，并挤压以形成焊缝
6、，属于一种新的固态连接方法，如图 1-1。搅拌摩擦焊优于传统的氩弧焊，它不仅能完成材料的对接、搭接、丁字接等多种接头方式，而且还能用于高强铝合金、镁合金的焊接，提高了焊接接头的力学性能，并且排除了熔焊缺陷产生的可能性 8-15。图 1-1 FSW 焊接原理示意图1.2.2 搅拌摩擦焊接头区域分布搅拌摩擦焊过程中采用合适的焊接工艺参数，可以获得质量优良的搅拌摩擦焊缝。焊接后接头形成 4 种不同的区域 16：焊核区(weld nugget)，热机影响区 (thermomechanically affected zone 简 称 TMAZ)，热影响区(heat-affected zone 简称 HA
7、Z)和轴肩影响区(shou1der-affected zone 简称 SAZ)，如图 1-2 所示。根据搅拌摩擦焊中焊缝两侧材料受力的不同，还可以将焊缝两侧分为前进边和返回边。前进边(advancing side 简弥为 AS)为搅拌头旋转方向与搅拌头前进方向一致的侧面，回撤边(retreating side 简称为 RS)为搅拌头旋转方向与搅拌头行进方向相反的侧面。图 1-2 搅拌摩擦焊接头各区域分布1.2.3 搅拌摩擦焊接头的缺陷特征及类型1.2.3.1 搅拌摩擦焊接头的缺陷特征搅拌摩擦焊接时，由于工艺参数不合适或意外因素的影响，在焊接过程中可能会产生焊接缺陷，已有的研究结果和应用实践表明
8、，在搅拌摩擦焊接过程中可能产南昌航空大学毕业设计（论文）3生的缺陷具有以下特征：（1）缺陷多位于焊缝区与母材连接界面区;（2）缺陷取向复杂，缺陷取向随着焊缝区与母材连接界面在搅拌过程中形成的流线生成和发展；（3）缺陷紧贴、细微，具有明显的面积取向 17。针对以上搅拌摩擦焊缝中可能产生的缺陷和其特征，需要研究合理的无损检测方法，解决焊缝区中的缺陷检测问题。1.2.3.2 搅拌摩擦焊接头的缺陷类型近年来，国内外科研机构、高等院校对 FSW 工艺和接头组织性能进行了大量研究，从其研究结果来看，搅拌摩擦焊接头中出现的缺陷主要以下几种 18：（1）孔洞。由于焊接过程中热输入不够，达到塑性化状态的材料不足，材料流动不充分而导致在焊缝内部材料未完全闭合的现象；（2）飞边。通常由于压力过大而导致较多的塑性材料从轴肩两侧挤出形成的缺陷；（3）未焊合。焊缝底部未形成连接或不完全连接的“裂纹状”缺陷，在搭接或 T 形接头中，易出现一种被称之为残余界面线的缺陷，它也属于未焊合缺陷；（4）沟槽。搅拌头在对接表面机械搅动后未形成连接的一种严重缺陷；（5）其他缺陷。对接表面氧化膜在焊接过程中可能未被完全搅拌打碎，从而在焊缝中残留并呈半连续状分布，被称为“S 线
