修改后的开题报告(16)

在铝合金FSW过程中，当焊接参数选择不当时，就会在接头中产生缺陷，影响接头组织与性能，缺陷种类主要包括孔洞和沟槽、飞边、吻接、Z型线、隧道型缺陷等。

(a)孔洞和沟槽

孔洞分为内部孔洞和表面孔洞，其形成原因有所不同。内部孔洞的形成主要是由于焊接过程中热输入不够，达到塑性化状态的材料不足，材料流动不充分而导致在焊缝内部形成材料未完全闭合的现象。表面孔洞主要是由于搅拌头转速过慢、焊接速度过快或焊接压力不足造成的。当转速继续降低，焊速或焊接压力进一步减小，会导致热输入严重不足，材料流动能力继续下降，表面孔洞沿焊缝长度方向上延伸较长时就形成沟槽缺陷。因此，若要避免焊接过程中产生表面孔洞和沟槽型缺陷，应选择合适的焊速、搅拌头转速和焊接压力。

a 孔洞 沟槽

(b)飞边

飞边缺陷出现在焊缝表面，通常是由于焊接压力过大而导致较多的塑性材料从轴肩两侧被挤出，冷却后形成的一种缺陷。FSW过程是一个焊缝材料体积不变的过程，在实际焊接过程中，轴肩、搅拌针、未熔化的母材金属形成一个“挤压模”，发生塑性变形的材料在“挤压模”中流动，如果焊接压力过大，也就是搅拌头扎入过深，会使挤压模体积小于正常焊接时的体积，导致部分塑性材料从轴肩两侧被挤出，冷却后形成飞边缺陷。因此，要避免飞边的产生，应选择适当的焊接压力，也就是适当的压入量，可以用轴肩后沿低于板材表面的深度来表示。对于薄板材料，此深度一般为0.1mm～0.3mm之间，对于中厚板材料此深度一般不超过0.5mm。

b飞边

(c) 隧道型缺陷

隧道型缺陷是比较典型而且危害最大的一种缺陷，这种缺陷通常位于接头前进侧的中下部。产生此类缺陷的主要原因是工艺参数控制不当，焊接旋转速度过小和焊接速度过大都会直接导致焊接时焊缝中热输入不足，从而使得塑性状态的金属减少，搅拌摩擦头不断将塑性金属从前进侧转移到后退侧，由于塑性金属的流动性变差，以致前进侧金属未能被来自后退侧的塑性金属及时填充，而导致此区内金属量减少，最终在此处留下隧道。要避免焊接过程中出现隧道型缺陷，除了要选择适当的焊接工艺参数外(搅拌头转速、焊速)，还要保证适当的搅拌头倾角，一般为1.5°≤θ≤4.5°，另外，还要避免待焊件之间存在间隙。

c隧道型缺陷

(d) 吻接

吻接是FSW的特有缺陷，此种缺陷的特点是在FSW过程中，由于摩擦热输入不足或焊接速度过快，造成前一层转移金属与后一层转移金属之间或者焊缝的转移金属与前进侧之间虽然在宏观上形成紧密接触，但在微观上并未形成可靠连接。吻接会严重降低结构的可靠性，是FSW最致命的缺陷之一。搅拌头外形设计不合理、焊接速度过快或者焊缝热输入过小都会造成这类缺陷的产生。由于常规的检测方法很难发现此类缺陷，必须采用超声波检测技术才能有效地检测到，所以危害性非常大。通过优化FSW工艺可以避免此类缺陷。