搅拌摩擦焊(friction stir welding,简称FSW)是一种基于摩擦焊的固相连接技术,由于其焊接特点的独特性及优越性,这种新型的连接技术自问世以来,就受到焊接界的广泛关注,各种材料的搅拌摩擦焊焊接性能研究也成为这种焊接方法基础研究的一个重点。到目前为止,对搅拌摩擦焊的研究已经从铝合金的焊接向其它金属的焊接如铜、钛、镁、不锈钢及碳钢等方面发展。本课题是在铝合金搅拌摩擦焊工艺研究的基础上,着重对紫铜、黄铜及异种材料紫铜/黄铜、紫铜/铝合金、黄铜/铝合金的搅拌摩擦焊焊接工艺及焊接性能等问题进行研究。 在同种材料的焊接中,分析了不同板厚的紫铜和黄铜在各种工艺参数下的焊缝成形、接头微观组织、显微硬度及接头力学性能等特点,总结了旋转速度和焊接速度的改变对接头焊核区和热机械影响区内晶粒尺寸及形状的影响规律。通过上述研究,得到了成功实现紫铜和黄铜同种材料搅拌摩擦焊的焊接工艺参数范围,并认为通过搅拌摩擦焊得到的紫铜和黄铜接头虽然整体上出现了显微硬度下降的现象,但其平均力学性能要高于常规焊接方法所得到的接头的力学性能。 在异种材料的焊接中,着重分析了两种材料不同的放置位置以及被焊材料的板厚对其接头性能的影响,并从微观角度分析了两种材料在接头中的分布情况及交界处的物相成分。分析表明:板厚决定了异种材料铜/铝合金焊接工艺参数范围的大小,异种材料在接头中不是均匀分布的,接头中出现了形态、混合方式不同的区域;在异种材料交界处产生了一定宽度的过渡带,铜/铝接头中出现的金属间化合物主要是Cu9A14和A12Cu,而在紫铜/黄铜接头中的主要是Cu5Zn8。 在上述工艺实验的基础上,对出现在各种接头中的材料的塑性流动现象进行了分析。分析认为接头横剖面上存在塑性流动方式不同的区域,文中对出现洋葱环区位置及洋葱环结构特点及形成机理进行了说明;对影响因素众多,材料流动复杂,一般出现内部缺陷的区域也作了了详细分析。 本课题通过工艺实验证明,当工艺参数选择最佳值时,能够成功实现紫铜、黄铜,紫铜/铝合金的搅拌摩擦焊连接。其结果不仅为铜合金及铜/铝合金异种材料提供了一种全新、经济、可靠的连接途径,也为后续的搅拌摩擦焊接工艺研究提供了参考,具有重要的实用价值。