攪拌摩擦焊接焊縫區(qū)的組織

　　攪拌摩擦焊焊縫由于是在摩擦熱和攪拌指棒的強烈攪拌共同作用下形成的，焊縫金屬組織與其它焊接方法的焊縫相比有很多特點。

　　攪拌摩擦焊焊縫的宏觀斷面經腐蝕后進行觀察，其斷面形狀可分為2種，一種斷面形狀為圓柱狀;另一種為熔核狀(焊點)。大多數(shù)FSW焊縫為圓柱狀或它的變形的繞杯狀;而焊點狀的斷面多發(fā)生于高強度和軋制加工性不好的如7075A、5083鋁合金合金的攪拌摩擦焊焊縫中。

　　圖2-22是接頭的宏觀斷面，由圖可以看出，焊接斷面為一倒三角形，其中心區(qū)是由攪拌指棒產生的摩擦熱和強烈攪拌作用下形成的，其上部是由摩擦攪拌頭的肩部與母材表面的摩擦熱而形成的。焊縫沒有增高，通常與母材表面平齊稍微有些凹陷。

圖2-22接頭的宏觀斷面

　　圖2-23所示是攪拌摩擦焊焊接接頭組成的劃分。它是根據(jù)如圖2-23所顯示的焊接接頭的金相組織進行觀察而劃分的。攪拌摩擦焊焊接接頭依據(jù)金相組織的不同分為四個區(qū)域。即圖中A區(qū)為母材，B區(qū)為熱影響區(qū)，C區(qū)為塑性變形和局部再結晶區(qū)，D區(qū)即焊縫中心區(qū)為完全再結晶區(qū)。

圖2-23攪拌摩擦焊焊接接頭組成

　　根據(jù)對攪拌摩擦焊焊縫金相組織的觀察，在C區(qū)可以看到部分晶粒發(fā)生了明顯的塑性變形和部分再結晶。D區(qū)是一個晶粒非常細小的焊核區(qū)域。此區(qū)域的焊縫金屬經歷了完全再結晶的過程。通過觀察A5005鋁合金攪拌摩擦焊焊縫金相組織，在焊縫中心區(qū)發(fā)現(xiàn)了等軸結晶組織，如圖2-24所示。但是晶粒細化不很明顯，晶粒大小多在20~30μm。這是由于熱輸入過大，產生過熱而造成的。

圖2-24攪拌摩擦焊焊縫中心的等軸等軸結晶圖

　　圖2-25是攪拌摩擦焊焊縫微觀組織照片。它是2024鋁合金和AC4C鑄鋁的異種金屬攪拌摩擦焊接頭。由于圓柱狀的焊縫金屬的塑性流動，出現(xiàn)環(huán)狀組織，稱為洋蔥狀環(huán)組織。這種洋蔥狀環(huán)組織是FSW焊接接頭特有的組織。

圖2-25攪拌摩擦焊焊縫微觀斷面

　　(A5005鋁合金板厚6mm)

　　對于FSW來說，由于對焊縫給予摩擦熱加之旋轉攪拌，產生強烈的塑性流動，其焊縫為非熔化狀態(tài)，所以歸類為固相焊接。但Bjorneklett等研究發(fā)現(xiàn)，在攪拌頭的肩部正下方溫度高，對于7030鋁合金攪拌摩檫焊來說，焊縫為固液共存狀態(tài)。由于攪拌頭肩部正下方焊縫金屬的溫升為330ºC/s，造成局部熔化現(xiàn)象也是可能的。