基于多焊道摩擦搅拌焊接(FSW)法试制断面尺寸大的A3003/SUS304搭接接头,并对该种焊接接头的强度特性进行研究。
试验材料为A3003~H112铝合金板和市售的SUS304不锈钢板。A3003的板厚为11mm和40mm。 40mm的合金板经机械加工后使用。SUS304钢板板厚为20mm,宽为130mm,上下面和侧面均经过机械加工,表面平滑。介绍了A3003-H 112和SUS304的化学成分及力学性能。
对制作的多焊道FSW搭接接头,从A3003一侧进行放射线透视试验(RT),从SUS304一侧进行超声波探伤试验(UT)。明确在FSW的搅拌区域(S2)和接合界面上没有裂纹和空洞等缺陷。对制作的试片进行表面拉伸和疲劳试验。使用电子显微镜对A3003/SUS304焊接界面以200kV加速电压进行TEM观察。
研究得出以下结论。
(1)通过选取最佳接头形状和FSW焊道数量、位置、方向,得到静态强度平均为68.6MPa的接头,此数据覆盖A3003和SUS304的搭接面全部区域。所以,利用多焊道搭接FSW能够制作断面尺寸大的A3003/SUS304接头。
(2)使用光学显微镜观察多焊道FSW接头的断面组织发现,A3003的摩擦搅拌区域未发生晶粒的粗大化和软化等。进一步观、察A3003/SUS搭接FSW界面发现,反应层厚度由200~300nm2层构造的IMC构成。这些成分A3003一侧为A1 13 Fe4 , SUS304一侧为A 15Fe2, IMC厚度约为100~150nm,为非常薄的微细组织。
(3)上述多焊道FSW接头的疲劳强度在断裂次数105~106时约为25 MPa(R=0.1) 。
(4)采用FEM分析多焊道FSW接头的应力状态,根据分析结果研究FSW焊道的设置对接头强度的影响。