1、PDF外文：http:/ 1 页共 12 页 中文 4950 字 出处： International Journal of Fatigue, 2014, 61: 244-254 通过摩擦搅拌焊提高 MIG 焊铝接头的疲劳寿命 J.D.M.Costa， J.S.Jesus， A.Loureiro， J.A.M.Ferreira， L.P.Borrego 摘要： 摩擦搅拌处理是新兴的金属加工技术 ， 能在金属部件表面处进行组织的改变和控制处理 。 在这项研究中摩擦搅拌应用于 6 毫米厚的 6082-T651
2、铝合金板的 MIG 焊丁字接头角焊缝处。通过微观结构的分析，硬度的测量，拉伸强度实验和疲劳试验来研究摩擦搅拌处理的优点 。 在进行疲劳试验时 ， 没经过摩擦搅拌加工和经过摩擦搅拌加工的 MIG 焊接试样的恒载荷下应力比为 R=0 和 R=0.4。拉伸试验结果表明， MIG 焊接显著降低了基体材料的机械强度。然而摩擦搅拌处理并不能促进 MIG 焊缝的硬度和机械强度的减少。相反，由于显微组织晶粒细化，气孔和未润湿等缺陷的消除，趾半径的增加而应力 集中减小，使得疲劳强度有了很大的改善。 TheSmith,Watson 和 Topper 的平均应力方程为未经加工和加工过的 MIG 焊缝的应
3、力比提供了两个相关性良好的疲劳数据。 关键词 ：疲劳强度，摩擦搅拌处理， MIG 焊，铝合金 第 2 页共 12 页 1 导言 铝及其合金由于其良好的特性，如重量轻，耐腐蚀性和高机械性能，使其在结构上的应用越来越广泛，特别是在航空航天、船舶和汽车行业。 不同的铝件相连接最常用的是 MIG 焊和 TIG 焊 ， 但是这些焊接方法会带来各种不同的缺陷，如气孔、润湿性不好、热裂纹、强度降低、变形和应力集中。强度降低、应力集中和焊缝缺陷导致铝合金焊缝金属疲劳强度低于母材。 一些技术已经被应用于增加
4、MIG 焊或 TIG 焊焊缝的疲劳强度，例如喷丸、锤击 、 再热、爆破等。最近，摩擦搅拌处理作为一种新技术被应用于 MIG 焊缝处理，代替了以前的一些处理方法 。 摩擦搅拌处理同摩擦搅拌焊一样都是有焊接研究所开发 的 。 这两种技术都是采用非消耗性的旋转工具 ， 有或者没有轴肩和异形 销 ， 穿透组件并按设定好的路径前进，依靠摩擦来加热并导致塑性变形，从而产生再 结晶和细致的微观结构。摩擦搅拌处理是通过改变构件局部微观结构来提高其特定属性的。 摩擦搅拌技术对显微结构的细化和锻铝合金力学性能和微观结构的改善具有重要意义。 Sharma 等人报道，金属块经过摩擦搅拌处理后得到的铸造 A
5、356 合金其应力集中阀值提高了 80%。这是利用显微结构的改进 ,消除铸造缺陷和使铝硅粒子的均匀分布均 匀。Cavaliere 通过摩擦搅拌处理得到了非常好非常稳定的再结晶组织，使得有 Zr 改善 的2014 铝合金和基体金属的疲劳性能都大大增加。 有一些研究是关于使用摩擦搅拌技术来改善和提高铝合金焊接的微观组织和相关性能 的，尤其是疲劳强度。 Mjali 分析了摩擦搅拌处理对由 MIG-激光混合焊焊接的 6082-T6 型铝合金焊缝的机械性能和微观结构性能的影响 。 在力学性能分析过程中 ， 将使用摩擦 搅拌处理的 MIG-激光混合焊焊缝与 MIG-激光混合焊焊缝和搅拌摩擦焊焊缝相比较。他
6、 发现通过摩擦搅拌处理的 MIG-激光混合焊焊缝的疲劳寿命得到了提高 ， 而未经摩擦搅拌处理的 MIG-激光混合焊焊缝的疲劳寿命则是最低的 。 疲劳寿命的改善可以通过摩擦搅拌 处理过程中微气孔的消除，焊缝 金属的熔化而新形成的细小的树枝结构来解释。在 Fuller 和 Mahoney 的工作中，摩擦搅拌处理主要是用来改善 5083-H321/5356 型铝合金 GMAWs 焊接焊缝的微观组织和力学性能的 。 由于摩擦搅拌处理中的粒度强 化 （ 晶粒细化 ） ， 沉淀强化（由于高体积分数的沉淀物的破碎和重组）和表面缺陷的消除，使在四点弯曲 第 3 页共 12 页 &nbs
7、p; 疲劳试验中疲劳寿命为 107周期的试样的抗疲劳强度增加了 30%。许多关于摩擦搅拌处理的研究都是针对 铝 合金 的 。 然而 ， Sterling 用摩擦搅拌处理来 研 究用电弧焊焊接的 304L型不锈钢 ， 以希望能提高其微观结构和机械性 能 。 他得到了一个改进由摩擦搅拌处理的焊接件的机械性能和焊接电弧状态的关系 。 由于搅拌区的细粒度的等轴组织代替了粗大的晶粒和铁素体组织，使得产量和强度极限增加了 6%，同样实现了延伸率增加 36%。这篇文章的的作者在以前的工作中也分析了 6082-T651 合金板 MIG 焊对焊焊缝的力学性能、疲劳强度和结构强度。采用摩擦搅拌对 MI
8、G 焊缝进行后期处理，然后使用拉伸试验和疲劳试验对焊缝潜在的机械性能的改变进行研究 。 金相组织分析 、 硬度测量和残余应力测量都被用于经过后期处理和未经过 后期处理的 MIG 焊焊件上。在应力比 R 设置为 0 的恒载荷作用下进行疲劳检测。得出结论，在摩擦搅拌处理过程中，由于焊趾尺寸的改变、焊接缺陷的减少和微观组织晶粒细化增强了 MIG 焊缝的疲劳强度。此外，也观察到未经处理和经过处理的 MIG 焊缝和母材相比也出现类似的硬度和机械强度减小的现象 。 然而 ， 铝合金 T 字型接头可以直接用摩擦搅拌焊 来 焊接 ， 可以达到相似的疲劳强度，而且成本更低。另一方面，搅拌摩擦焊更难得到 T 字型接头，由于焊缝处应力集中焊缝疲劳强度很大程度上减小。因此，本研究的主要目标是通过摩擦搅拌处理对MIG 焊 T 字焊缝进行后期处理，以提高焊缝的疲劳强度。焊缝的疲劳强度将通过组织晶粒细化，减少缺陷（如气孔和润湿性差）和焊趾半径的增加来提高。此外，其它与疲劳强度相关的内在性能，如硬度、屈服强度和抗拉强度也将被分析。
