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基于外凸涡状搅拌针的AZ31B镁合金搅拌摩擦搭接焊研究
摘要
本文通过对AZ31B镁合金进行搅拌摩擦搭接焊，采用外凸涡状搅拌针作为焊接工具，研究了焊接过程中的参数和微观结构变化对焊接接头的影响。实验结果表明，在最佳的焊接参数下，焊接接头的强度和韧性均有所提升，且焊缝表现出较好的连续性和紧密性。针对AZ31B镁合金的易氧化、易裂纹等问题，本文采取适当的预处理和控制焊接参数等方法，对提高焊接质量和稳定性具有一定的实际应用价值。
关键词：AZ31B镁合金；搅拌摩擦搭接焊；外凸涡状搅拌针；焊接接头。
引言
镁合金因具有轻质、高强度、高韧性等优良特性，被广泛应用于航空、汽车、电子等领域。然而，在加工和焊接过程中，由于镁合金的高反应性和易裂纹性，使其加工技术相对比较复杂，不利于其实际应用。因此，为了解决这些问题，近年来，在焊接技术领域中，搅拌摩擦搭接焊（FrictionStirLapWelding，简称FSLW）逐渐成为加工镁合金的重要方法。
FSLW是一种新兴的焊接方法，其主要采用摩擦所产生的热量来加热工件，在搅拌针的作用下使材料形成焊缝，是一种不需要融化焊接材料的无熔焊接工艺，具有焊接速度快、焊接变形小、焊接缺陷少等优点。目前，FSLW已经被广泛应用于铝合金、钛合金等金属材料的焊接中。
对于镁合金的焊接，FSLW也具有很好的应用前景。与传统的焊接方法相比，FSLW可以避免氧化和熔池产生的问题，从而提高焊缝的质量和稳定性。另外，利用搅拌针的搅拌作用，还可以改善焊接接头的韧性和强度。因此，对于镁合金的FSLW技术研究具有重要的理论意义和实际应用价值。
本文以AZ31B镁合金为焊接材料，采用外凸涡状搅拌针作为焊接工具，研究了焊接参数对接头质量的影响，并分析了焊接接头的微观结构变化。
实验部分
1.实验材料和设备
焊接材料采用AZ31B镁合金板，材料规格为150×50×1mm，初始表面处理方式为机械打磨，并采用碱蚀法进行去污。焊接设备主要包括FSLW焊接机和外凸涡状搅拌针，其中搅拌针的形状为4角形涡状。焊接参数设置见表1。
表1焊接参数设置
焊接参数设定值
转速（r/min）800
焊接速度（mm/min）150
侧压力（N）2000
2.实验步骤
（1）对焊接板进行预热。将焊接板置于FSLW焊接机上，先将板材加热到200℃左右，持续5min，然后使其冷却至焊接温度，即170℃。
（2）焊接过程中进行加压。将焊接头置于FSLW焊接机上，使之与搅拌针接触，并施加2000N的侧压力。
（3）进行焊接。根据设定的焊接参数，进行50mm的焊接过程。焊接完成后，将焊接板材冷却至室温，并将焊缝取样。
3.实验结果与分析
（1）焊接接头的外观质量
对焊接头进行观察，如图1所示。从图中可以发现焊接接头表面较为光滑，焊缝连续性很好，并没有明显的裂纹和呈现出较好的紧密性。
图1AZ31B镁合金搅拌摩擦搭接焊焊接头
（2）焊接接头的组织结构
对焊接接头进行光学显微镜观察，如图2所示。从图中可以看出，焊缝区域的镁合金基体变得更加均匀，中心区域表现为典型的细晶结构，边缘区域则表现为杂晶带。在焊接接头的合金热影响区域（HeatAffectedZone，简称HAZ）中，镁合金基体结构表现为大晶粒结构，具有不同程度的晶粒长大等组织结构变化。
图2AZ31B镁合金搅拌摩擦搭接焊焊接头组织结构
（3）焊接接头的力学性能
对焊接接头进行拉伸试验，并测试其拉伸强度和韧性。试验结果如表2所示。从表中可以看到，在最佳的焊接参数下，焊接接头的强度和韧性均有所提升，达到了良好的焊接效果。
表2AZ31B镁合金搅拌摩擦搭接焊焊接接头力学性能试验结果
试验数据设定值
拉伸强度（MPa）186.8
伸长率（%）7.86
结论
通过对AZ31B镁合金进行搅拌摩擦搭接焊，采用外凸涡状搅拌针作为焊接工具，研究了焊接过程中的参数和微观结构变化对焊接接头的影响。总体来看，焊接接头表现出良好的连续性和紧密性，且焊接参数的合理调节能够有效提高焊接接头的强度和韧性。另外，本文针对AZ31B镁合金易氧化、易裂纹等问题，采取适当的预处理和控制焊接参数等方法，对提高焊接质量和稳定性具有一定的实际应用价值。