搅拌摩擦焊接 | 浏览量 : 166 下载量: 544 CSCD: 0

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  • 专辑

    • 搅拌针偏移量对铝/铜异质金属搅拌摩擦焊接过程和接头组织性能的影响

    • Effect of Pin Offset on Welding Process, Joint Microstructure and Mechanical Property in Al/Cu Dissimilar Friction Stir Welding

    • 宿浩

      ，

      李雪

      ，

      赵庆桢

      ，

      陈姬

      ，

      武传松

    • 2023年53卷第3期 页码：91-100   

    • DOI： 10.7512/j.issn.1001-2303.2023.03.11     

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  • 宿浩，李雪，赵庆桢，等.搅拌针偏移量对铝/铜异质金属搅拌摩擦焊接过程和接头组织性能的影响［J］.电焊机，2023，53（3）：91-100. DOI： 10.7512/j.issn.1001-2303.2023.03.11.
    SU Hao, LI Xue, ZHAO Qingzhen, et al.Effect of Pin Offset on Welding Process, Joint Microstructure and Mechanical Property in Al/Cu Dissimilar Friction Stir Welding[J].Electric Welding Machine, 2023, 53(3): 91-100. DOI： 10.7512/j.issn.1001-2303.2023.03.11.
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    摘要

    采用搅拌摩擦焊接技术对2 mm厚6061铝合金和紫铜合金异质金属进行对接试验，研究搅拌针偏移量对铝/铜异质金属接头组织和性能的影响。研究发现，由于铝和铜两种材料的流动性存在差异，随着搅拌针由铝侧向铜侧偏移，搅拌头-工件界面的温度无明显变化，而焊接过程中的前进阻力显著增大，且接头机械互锁程度也更加充分。对铝/铜异质接头微观形貌进行扫描电子显微镜分析，发现铝/铜界面处的金属间化合物层呈清晰的双层结构，分别为靠近铝侧的Al2Cu层和靠近铜侧的Al4Cu9层，此外金属间化合物还以颗粒状和条带状等形貌分布在铝/铜界面附近。搅拌针偏向铜侧0.5 mm时得到的铝/铜异质接头机械互锁程度和金属间化合物分布最为理想，接头抗拉强度达到200 MPa。

    译
     EN

    Abstract

    Dissimilar alloys of 6061 aluminum and T2 copper with thickness of 2 mm were butt joined by utilizing friction stir welding (FSW) to investigate the effect of pin offset values on microstructure and mechanical property of the Al/Cu joints. It was found that the temperature at the tool-workpiece interface was kept relatively stable, but the transverse force was increased gradually, and the material interlocking of dissimilar Al/Cu was also enhanced with the pin offsetting from Al side to Cu side, which was because of the dissimilar material flow characteristics between Al and Cu. The Scanning Electron Microscopy (SEM) analysis were performed on the microstructure of dissimilar Al/Cu FSW joints, it was demonstrated that the Intermetallic Compounds (IMCs) at the Al/Cu joining interface were distinct two-layers structure, which was Al2Cu layer at Al side and the Al4Cu9 layer at Cu side, and the IMCs were also distributed with various structures with both granular and banded shapes near the Al/Cu interface. The optimal material interlocking and IMCs distribution of Al/Cu FSW joint were achieved with pin offsetting 0.5 mm to Cu side, and the maximum Al/Cu joint tensile strength was 200 MPa.

    译
     EN

    关键词

    搅拌摩擦焊接; 铝/铜异质接头; 搅拌针偏移量; 金属间化合物; 力学性能

    译
     EN

    Keywords

    FSW; Al/Cu dissimilar joint; pin offset; IMCs; mechanical property

    译
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    0 前言

    近年来，异质金属连接结构件凭借其轻量化和低成本的特点广泛应用在航空航天、新能源汽车、电力行业等多个领域［

    1-4］。铝和铜均具有良好的导电性和导热性，铝的密度小、质量轻，以铝/铜异质结构件代替纯铜结构件可以使结构件轻量化的同时降低生产成本。目前铝/铜结构件已在电连接器、换热管和制冷管等电力领域得到广泛应用［2，5-6］。与此同时，铝和铜两种金属在化学成分、热物理性能和机械特性等方面的差异给铝/铜异质结构件的连接带来了挑战。由英国焊接研究所研发的搅拌摩擦焊（Friction Stir Welding， FSW）作为一种固相连接工艺，具有焊接温度低、接头变形小、缺陷少等特点［7］，已经广泛应用于铝/铜结构件的连接。
    译
     EN

    异质金属搅拌摩擦焊接过程的连接机制主要有两种，分别是通过在异质界面形成金属间化合物（Intermetallic compounds， IMCs）而实现的冶金结合和通过材料的变形和混合而实现的机械互锁［

    8-9］。IMCs相的形成对接头的力学性能有着决定性影响，通过控制IMCs的厚度可以提高异质金属接头的力学性能。此外，影响FSW焊缝质量的因素有很多，例如焊接热输入、搅拌头的形状和尺寸、搅拌头转速、焊接速度等［10-15］。对于异质金属FSW来说，搅拌针偏移量也是影响焊缝质量和接头性能的重要因素，它对于焊接过程中材料流动、热输入和IMCs的形成有着直接或间接的影响。Galvão等［12］对厚度为3 mm的6082-T6铝合金和DHP铜进行FSW对接实验，研究了搅拌针偏移量对接头微观组织和力学性能的影响，结果表明，搅拌针向铝侧偏移时可以有效抑制铝/铜接头中的IMCs的形成，但在大尺寸铜碎片边缘、焊核区以及铜侧热影响区发现了不利于接头强度提升的不连续冶金结合。Hou等［1］通过设计6061-T6铝合金和紫铜合金对接焊缝始端和尾端搅拌针偏移量，得到了从始端偏向铝侧2 mm过渡到尾端无偏移的偏移量渐变的焊缝，最终在搅拌针偏向铝侧1.2 mm时得到了最大抗拉强度为152 MPa的接头。但是，由于各个研究所采用的搅拌头和被焊材料均有所不同，搅拌针偏移量对2 mm厚6061铝合金和T2紫铜合金板的FSW对接焊缝接头组织性能的影响仍未有明确的研究。
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     EN

    本文研究了搅拌针偏移量对2 mm厚6061铝合金和T2紫铜合金板FSW焊接过程和接头组织性能的影响，着重分析了搅拌针偏向铝/铜不同位置时的异质铝/铜FSW接头的机械互锁和微观结构，并探究了搅拌针偏移量对接头界面IMCs的分布特点及接头力学性能的影响。

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    1 试验材料与方法

    试验采用AA6061-T6铝合金板和T2紫铜合金板，其化学成分分别如表1和表2所示。 铝板和铜板的尺寸均为200 mm（长）×65 mm（宽）×2 mm（高）。试验用焊接设备为FSW-3LM-3012型搅拌摩擦焊机，搅拌头材料为H13工具钢，轴肩直径为18 mm，搅拌针的形状为光滑无螺纹的锥形，长度1.8 mm，根部和端部直径分别为4 mm和3 mm。焊接过程中铝板和铜板分别置于前进侧和后退侧，如图1a所示，搅拌头转速为700 r/min，焊接速度为110 mm/min，轴肩下压量为0.1 mm，搅拌头倾角为2.5°。

    译
     EN

    表1  6061-T6铝合金的化学成分（质量分数，%）
    Table 1  Chemical compositions of 6061-T6 aluminum alloy（wt.%）
    AlMgSiCuCrZnMn其他
    97.2 1.08 0.51 0.31 0.27 0.11 0.008 0.512
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    表2  T2铜合金的化学成分（质量分数，%）
    Table 2  Chemical compositions of T2 copper alloy（wt.%）
    CuNiSbZnOPbS其他
    99.90 0.005 0.002 0.005 0.006 0.005 0.005 0.072
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    焊接试验开始前，使用砂纸打磨铝板和铜板对接面和上表面的待焊部位，以去除氧化膜。焊接过程中，搅拌摩擦焊机程序可直接记录主轴扭矩和前进阻力［

    16］，同时使用课题组自主研发的无线测温装置实时测量搅拌头-工件界面的温度［17］，如图1b所示。两个K型热电偶TC-1和TC-2分别记录轴肩处和搅拌针处的温度。焊接过程中，保持铝和铜两种母材的相对位置不变，搅拌针中心线偏向铝侧0.5 mm记作Y-AL05，无偏移记作Y-00，偏向铜侧0.5 mm记作Y-CU05，以此类推，如图1c所示。
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    图1  铝/铜异质FSW焊接示意

    Fig.1  Schematic of the Al/Cu dissimilar FSW process

    焊接试验完成后，使用电火花切割设备在焊缝中后部截取尺寸为22 mm（长）×10 mm（宽）×2 mm（厚）的金相试样和符合GB/T 228.1-2021的标准拉伸试样，如图1d所示。金相试样经200目、400目、600目的砂纸打磨后，再经800目的砂纸水磨，最后依次用1.5 μm、0.5 μm的金刚石抛光剂进行抛光，直至表面光亮并在体式显微镜下无可见划痕为止。而后对铜侧和铝侧使用脱脂棉球分别蘸取NH4OH、H2O2的混合试剂（NH4OH∶H2O2∶H2O=5∶2∶5）和Keller试剂（HF∶HCl∶HNO3∶H2O=2∶3∶5∶190）擦拭15 s和90 s左右，最后依次使用蒸馏水、无水乙醇冲洗并烘干。使用Axio Vert.A1型蔡司材料金相显微镜拍摄接头横断面的宏观形貌，使用日本电子公司JSM-7800F型场发射扫描电子显微镜对接头微观形貌及铝铜界面进行观察分析，依据GB/T 228.1—2021标准，使用WDW100AE型微机控制电子式万能试验机进行拉伸试验，拉伸速度为1 mm/min，对三个抗拉强度结果求算数平均值。

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    2 结果与分析

    2.1 宏观形貌

    2.1.1 焊缝表面成形

    图2为不同搅拌针偏移量情况下的铝/铜FSW焊缝表面成形。可以看出，焊缝表面均出现不同程度的飞边，表面成形不稳定，这可能与焊接过程中形成了IMCs且分布不均匀有关。搅拌针偏向铝侧1.5 mm、1.0 mm和0.5 mm的三组参数，其焊缝表面搅拌针退出孔处均出现了斜向裂纹（图2a~2c中白色箭头所指），而搅拌针偏向铜侧的参数条件下则无此现象。如图2a所示，搅拌针偏向铝侧1.5 mm时，由于搅拌针旋转过程中与铜板相切，仅有少量的铜被搅拌针剥离进入焊缝，靠近铜侧焊缝边缘处出现了凹凸不平的鱼鳞状结构。如图2d所示，搅拌针无偏移时，焊缝表面出现了明显的飞边，成形较差。随着搅拌针向铜侧的偏移量增加，焊缝表面成形先有所改善后又变差。如图2e所示，搅拌针偏向铜侧0.5 mm时，前段焊缝（约1/3处）成形较差，后段焊缝表面光滑整洁、成形良好，无裂纹和孔洞等明显缺陷。如图2f所示，搅拌针偏向铜侧1 mm时，在焊接过程中搅拌针与工件材料之间出现了轻微的“粘连”现象，且焊缝表面出现了少量的沟槽和金属碎片，这可能是由于铜的流动性比铝差，因而当搅拌针偏向铜侧后，较多的铜被剥离并进入焊缝内部，导致材料流动不充分所造成的。

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    fig
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    图2  不同搅拌针偏移量下的铝/铜FSW焊缝表面成形

    Fig.2  Surface topography of the Al/Cu FSW joints with different pin offsets

    2.1.2 接头横断面宏观形貌

    图3为不同搅拌针偏移量情况下的铝/铜FSW接头横断面宏观形貌，用白色虚线标识了焊接过程中轴肩和搅拌针的位置。可以看出，几组参数下的焊接接头均无明显缺陷，而铝侧受到搅拌头的影响程度明显大于铜侧，这与铝、铜两种金属的流动性差异有关。如图3a所示，搅拌针偏向铝侧1.5 mm时，接头上部材料分布较为均匀，铝/铜界面大致平行于搅拌针轴线，而在接头下部由于搅拌针焊接过程中与铜板相切，只有少量铜被搅入焊核区，铝呈条带状深入焊核区中。如图3b所示，当搅拌针偏向铝侧1 mm时，整个接头中的铜向铝基体中的延伸程度有所增加，接头中上部铜的深入程度沿接头的深度方向递减，铝/铜界面呈弧形，接头底部仍是搅拌针偏向的铝侧占主要部分。如图3c、图3d所示，搅拌针分别偏向铝侧0.5 mm和无偏移时，随着搅拌头向铜侧偏移量的增加，参与塑性流动的铜增多，在横断面图中表现为铜材料在接头上部和底部向铝侧的延伸程度增加，铝/铜异质材料的机械互锁程度更加充分，与此同时，少量铜碎片被卷入铝侧。如图3e所示，搅拌针偏向铜侧0.5 mm时，铜在铝基体中的延伸距离进一步增加，意味着铝/铜结合界面的范围更广。如图3f所示，搅拌针偏向铜侧1 mm时，参与搅拌并发生塑性变形的铜达到最多，碎片状和颗粒状的铜在搅拌针的剪切作用下从铜基体剥离并卷入铝侧，增加了接头产生孔洞和裂纹的倾向，不利于提高接头性能。

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    fig
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    图3  不同搅拌针偏移量下的铝/铜FSW接头横断面成形

    Fig.3  Al/Cu FSW joint cross-sections with different pin offsets

    2.2 焊接载荷和搅拌头-工件界面温度

    2.2.1 焊接载荷

    图4为不同搅拌针偏移量下铝/铜FSW过程中的焊接载荷。分析图4a中的数据可知，主轴扭矩在搅拌针偏向铝侧0.5 mm和偏向铜侧0.5 mm时分别达到最大值22.10 N·m和最小值18.80 N·m；此外，搅拌针无偏移时的主轴扭矩值为21.44 N·m，比最大值小0.66 N·m；搅拌针偏向铝侧1 mm时的主轴扭矩值为19.51 N·m，与最小值相差0.71 N·m；搅拌针偏向铝侧1.5 mm和偏向铜侧1 mm时的主轴扭矩值相差不大，分别为20.26 N·m和20.44 N·m。Beigi等［

    18］研究了铝/铜复合板FSW堆焊过程中的力、扭矩和温度，发现焊接过程中的主轴扭矩由搅拌头和待焊材料的接触条件综合决定。与轴肩接触的Al层在焊接过程中产生了更大的力和扭矩，并且可以通过这种方式获得无缺陷的焊缝；若从Cu侧焊接，则需要更高的下压深度来产生足够的力和扭矩，从而形成无缺陷的焊缝。本试验中，搅拌针偏向铝侧时的主轴扭矩比偏向铜侧时的偏高，与Beigi等［18］的研究结论是相符合的。分析其原因为：搅拌头向铝侧偏移时，搅拌头与铝侧材料接触面积更大，铝合金和搅拌头之间的粘着接触条件增加了母材和搅拌头间的剪切区面积，被剪切的材料数量更多，需要搅拌头转移的材料也更多，因而主轴扭矩也更大；而搅拌头与铜侧接触时形成的滑移接触条件会产生相对小的剪切区，主轴扭矩更小。
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    图4  不同搅拌针偏移量下铝/铜FSW焊接过程的载荷

    Fig.4  Welding loads during Al/Cu FSW process with different pin offsets

    在焊接过程中，焊接前进阻力主要受到与轴肩接触材料的流动应力的影响。在铝/铜FSW焊接中，铝和铜两种材料在高温下的流动应力有着较大的差异，铜的流动应力大于铝。因此，随着搅拌针向铜侧的偏移量增加，参与塑性流动的铜随之增加，焊接前进阻力也随之增大，如图4b所示。可以看到，随着搅拌针从偏向铝侧1.5 mm到偏向铜侧1.0 mm，焊接前进阻力逐步递增，分别为0.80 kN、0.86 kN、1.28 kN、1.49 kN、1.58 kN和1.87 kN。

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     EN

    实验数据表明，由于铝、铜两种材料自身性质的差异，与搅拌头的接触条件也有所不同，搅拌头偏向铝侧时扭矩更大，得到的焊缝表面成形相较于偏向铜侧时也更差，而随着向铜侧偏移量的增大，前进阻力增大的同时，接头表面成形有所改善，接头的机械互锁程度也进一步增加。对于焊机而言，扭矩的减小对于其主轴使用寿命来说更为重要，因此偏向铜侧时不仅能得到成形良好和机械互锁紧密的焊缝，而且对延长焊机主轴使用寿命也具有重要意义。

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    2.2.2 搅拌头-工件界面温度

    图5为采用无线测温装置测得的不同搅拌针偏移量下铝/铜FSW过程中搅拌头与工件接触界面处的峰值温度。如图5a所示，搅拌针偏向铝侧1.5 mm时，轴肩-工件界面处的峰值温度达到最大值503 ℃；搅拌针偏向铝侧0.5 mm和无偏移时轴肩-工件界面处峰值温度分别为483 ℃和484 ℃，峰值温度相对较低；搅拌针偏向铝侧1 mm、偏向铜侧0.5 mm和偏向铜侧1 mm时，轴肩-工件界面峰值温度较为接近，分别为496 ℃、498 ℃和498 ℃。如图5b所示，随着搅拌针从偏向铝侧1.5 mm到偏向铜侧1 mm，搅拌针-工件界面处的峰值温度分别为491 ℃、485 ℃、472 ℃、478 ℃、465 ℃和456 ℃。可以发现，相比轴肩-工件界面处不明显的峰值温度变化规律，搅拌针-工件界面处的峰值温度呈现出随着向铜侧偏移量的增加而逐渐递减的趋势，温度最大值与最小值的差为35 ℃。搅拌针与工件界面处的温度变化的原因是：铝侧与搅拌头接触时产生的剪切区面积大于铜侧，焊核区发生塑性变形的材料体积更多，这种情况下焊接过程中的塑性变形和搅拌针周围的材料流动都产生了更多的热量；同时，由于铝侧的热导率比铜小，产热多而热量损失少，故搅拌针偏铝侧时的温度普遍比偏铜侧时的温度更高。

    译
     EN

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    图5  不同搅拌针偏移量下铝/铜FSW焊接过程中搅拌头-工件界面热电偶测温的峰值温度

    Fig.5  Peak temperature measured by thermocouples at different

    locations of the tool-workpiece interface during Al/Cu FSW process with different pin offsets

    2.3 接头微观形貌

    图6为搅拌针偏向铝侧1.0 mm、无偏移和偏向铜侧0.5 mm三组不同搅拌针偏移量下铝/铜FSW接头横断面的宏观形貌。可以看到，三种参数下均有少量铜颗粒被搅拌针从铜基体上剥离、打碎后以不同的形状尺寸分布在铝基体中。

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    图6  不同搅拌针偏移量情况下的接头横断面宏观形貌

    Fig.6  Macrograph of welds with different pin offsets

    对不同参数下接头横断面微观IMCs的形貌和厚度等信息进行更加详细的对比分析。图7为搅拌针偏向铝侧1 mm、无偏移和偏向铜侧0.5 mm三组参数下铝/铜FSW接头横断面不同位置处（图6中白色方框所选区域）的界面IMCs形貌。可以看出，三种搅拌针偏移量下的IMCs均为清晰的双层结构。根据Xue等［

    19］的研究，铝/铜FSW焊接过程中在界面处的反应一般生成两种IMCs，分别是靠近铝侧的Al2Cu和靠近铜侧的Al4Cu9。因而可以判断图7中的双层IMCs即为Al2Cu层和Al4Cu9层。观察图7中不同部位的IMCs分布情况可知，在三种不同的搅拌针偏移量情况下，铝/铜异质FSW接头横断面的IMCs厚度在上部（图7a、7d、7g）和下部（图7c、7f、7i）均明显小于在中部（图7b、7e、7h），且上部的IMCs厚度最小，IMCs与铝或铜基体之间的分界线也最为模糊。此外，在铝/铜FSW接头的横断面不同部位的SEM图中，铝基体侧均有形状不规则的颗粒出现，它们是由被搅拌针剥离搅入铝基体的铜颗粒与周围的铝基体反应所形成的IMCs颗粒，其成分与界面处的双层IMCs相类似，都是由Al2Cu和Al4Cu9组成。
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    图7  不同搅拌针偏移量下铝/铜FSW接头横断面的IMCs分布

    Fig.7  IMCs distribution of the Al/Cu FSW joints with different pin offsets

    根据图6、图7中接头横断面上铜基体被搅拌针剥离、打碎并分布在铝侧的现象，研究了搅拌针偏向铝侧1 mm、无偏移和偏向铜侧0.5 mm三组参数下铝/铜FSW接头不同位置处铝和铜相互掺混的形貌，如图8所示。可以看出，不同参数下接头各部位均有IMCs的生成。在接头上部，铝/铜的界面处偏铜侧生成了层状的IMCs，如图8a、8d和8g所示；在接头中部和下部，铝/铜界面处偏铜侧形成了条带的IMCs结构，如图8b、8c、8e、8f、8h和8i所示。而在铝侧基体中的铜则以条带状和颗粒状等多种形态存在，其分布方向与界面近乎平行，如图8c、8d、8h、8i所示。

    译
     EN

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    图8  不同搅拌针偏移量情况下铝/铜FSW接头不同位置的“侵入层”分布特点

    Fig.8  Intrusion layer distribution characteristics of the Al/Cu FSW joints with different pin offsets

    图9为三种不同搅拌针偏移量情况下铝/铜FSW接头横断面的界面位置处IMCs厚度的统计结果。可以看出，在三种搅拌针偏移量下，随着与接头底部距离的增加，铝/铜FSW接头界面处的IMCs厚度呈现出先增大后减小的变化趋势，最大厚度值均出现在距离接头底部0.7~1.0 mm的范围内，且最大厚度值不超过1.6 μm。三组参数中，搅拌针偏向铜侧0.5 mm时在距离接头底部约0.7 mm处的IMCs厚度达到最大值，铝/铜界面各位置的IMCs厚度均相对小于另外两组参数下的厚度值。此外，搅拌针偏向铜侧0.5 mm时接头横断面不同位置处IMCs的厚度值波动幅度最小，因此IMCs的分布相对另外两组参数下也更加均匀。根据前文中对主轴扭矩和搅拌头-工件界面温度测试结果的分析可知，此参数下的铜基体与搅拌针之间处于滑移接触的状态，使得参与塑性流动的材料相对较少，铝与铜之间的冶金反应程度较低，故而在接头界面处形成的IMCs厚度也相对较小。

    译
     EN

    fig

    图9  不同搅拌针偏移量情况下铝/铜FSW接头界面金属间化合物厚度

    Fig.9  IMCs layer thickness of the Al/Cu FSW joints with various pin offsets

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    2.4 接头力学性能

    不同搅拌针偏移量情况下铝/铜FSW接头的抗拉强度如图10所示。可以看出，在搅拌针偏向铜侧0.5 mm时，得到了最大抗拉强度为200 MPa的接头，可达铝侧母材抗拉强度的63.9%；接头抗拉强度随着向铜侧偏移量的增加呈现先增大后减小的趋势；搅拌针偏向铝侧1.5 mm时接头抗拉强度最小，仅为154 MPa，只达到铝侧母材的48.7%；搅拌针偏向铝侧1 mm、偏向铝侧0.5 mm、无偏移和偏向铜侧1 mm时则分别得到了抗拉强度为188 MPa、189 MPa、196 MPa和186 MPa的接头，其抗拉强度分别达到了铝侧母材的59.5%、59.8%、62.1%和58.9%，以及铜侧母材的60.1%、60.4%、62.6%和59.4%。一般来说，异种金属FSW的连接机制有冶金结合和机械互锁两种，前者主要与结合界面处形成的IMCs有关，后者主要与焊接过程中材料的塑性流动和混合有关。在铝/铜异质FSW焊接过程中，搅拌头与铝之间处于相对粘着的接触状态，而与铜之间则处于相对滑移的接触状态，因而前者在焊接过程中的产热量大于后者，且搅拌头周围的温度更高，为接头界面处脆硬相IMCs的生成和长大创造了条件。随着搅拌针向铜侧偏移程度的增加，焊接过程中搅拌头周围温度逐步降低，铝/铜交界面形成的脆硬相IMCs的厚度逐渐减小，这有利于提高接头力学性能。适当厚度的IMCs层可以起到改善接头力学性能的作用，而搅拌针偏向铜侧的距离达到最大值时，IMCs的厚度较小，改善接头强度的作用不大，因此接头的力学性能呈现出先增大后减小的变化趋势。此外，根据前文的分析，搅拌针偏向铜侧0.5 mm时得到的铝/铜FSW接头横断面上铜在铝基体中的延展距离更大，表明材料的塑性流动更充分，铝/铜异种材料之间的机械互锁程度更强。综上所述，铝/铜异质材料FSW焊接时，搅拌针偏向铜侧0.5 mm时获得的接头机械锁合和冶金结合的程度均较为理想，因此在此参数下获得的接头抗拉强度最大。

    译
     EN

    fig

    图10  搅拌针偏移量对铝/铜FSW接头抗拉强度的影响

    Fig.10  Effects of pin offsets on tensile strengths of the Al/Cu FSW joints

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    3 结论

    （1）不同搅拌针偏移量下得到的铝/铜FSW接头表面成形均较不稳定，随着搅拌头向铜侧偏移量的增加，铝/铜之间的机械互锁程度也随之增加，两种材料的结合界面范围更广。

    译
     EN

    （2）由于铝和铜两种材料热物理性能的差异，焊接过程中的搅拌头前进阻力随搅拌针向铜侧偏移量的增大而逐渐增大，而主轴扭矩和搅拌头-工件界面温度的变化趋势不明显。

    译
     EN

    （3）不同搅拌针偏移量下的铝/铜接头交界面微观形貌显示IMCs均呈清晰的双层结构，即靠近铝侧的Al2Cu层和靠近铜侧的Al4Cu9层；此外，侵入铝侧的铜和侵入铜侧的铝以条带状和颗粒状等多种形态分布；搅拌针偏向铜侧0.5 mm时IMCs厚度相较其他参数下分布更为均匀，最大IMCs层厚度均小于1.6 μm。

    译
     EN

    （4）搅拌针偏向铜侧0.5 mm的情况下，铝/铜异质FSW接头异质材料的机械互锁程度最佳，且接头横断面IMCs的分布相对更均匀，异质铝/铜结合界面IMCs层的平均厚度最小，接头的抗拉强度达到最大值200 MPa。

    译
     EN

    参考文献

    1

    Hou W，Shah L H A，Huang G，et al. The role of tool offset on the microstructure and mechanical properties of Al/Cu friction stir welded joints［J］. Journal of Alloys and Compounds，2020，825：154045. [百度学术] 

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