搅拌针几何形态对无倾角搅拌摩擦焊焊缝成形的影响及其机制分析

无倾角搅拌摩擦焊工艺是保障平面二维及空间三维复杂焊缝焊接质量的关键技术。分别采用含有光面搅拌针、光面带切台搅拌针和螺纹带切台搅拌针的焊具进行无倾角焊接试验,对比研究焊缝形貌、缺陷分布和接头性能,以期阐明搅拌针几何形态对无倾角搅拌摩擦焊焊缝的影响及其机制,从而为无倾角搅拌摩擦焊工艺的高质量应用奠定技术基础。试验结果表明,在无倾角焊接条件下,光面搅拌针容易导致焊缝根部出现孔洞缺陷,难以形成优质接头;带切台搅拌针增强了焊缝中上部材料的塑性流动,由此间接促进了焊缝根部匙孔的填充,在较低焊速下可以获得无缺陷接头;搅拌针螺纹结构直接增强了焊缝根部材料的塑性流动,因而能在更宽的参数范围内形成无缺陷接头。与光面搅拌针相比,搅拌针切台结构增大了接头软化区宽度,提高了焊缝上部的软化程度,所得无缺陷接头的抗拉强度最高可达母材的86%。对比而言,在带切台搅拌针上进一步加工螺纹能够降低焊接热软化效应,减小软化区宽度并提高焊核区硬度,接头最高强度系数由此增大到了90%。