工程科学学报，第40卷，第12期：1525-1532,2018年12月 Chinese Joural of Engineering,Vol.40,No.12:1525-1532,December 2018 DOI:10.13374/j.issn2095-9389.2018.12.011;http://journals.ustb.edu.cn 焊接速度对机器人搅拌摩擦焊AA7B04铝合金接头组 织和力学性能的影响 张 坤”，江海涛)四，孟强”，唐荻”，蔺宏涛) 1)北京航空制造工程研究所中航工业航空连接技术重点实验室，北京100024 2)北京科技大学工程技术研究院，北京100083 ☒通信作者，E-mail:jianght@usth.cdu.cm 摘要针对熔化焊在焊接AA704铝合金时易在焊缝中出现孔洞等缺陷，且接头性能下降明显、焊后变形大，以及采用铆接 等机械连接方式会增加连接件的重量等问题，采用集成了搅拌摩擦焊末端执行器的KUKA Titan机器人对2mm厚AA7BO4高 强铝合金进行了焊接，在转速为800r·mi的条件下，研究了焊度对焊接过程中搅拌头3个方向的受力F,、F,和F,的影响. 研究发现，F受焊速的影响显著，随焊速的增加而降低.利用光学显微镜、透射电子显微镜、拉伸试验、三点弯曲试验和硬度测 试等方法，研究了不同焊速下AA7B04铝合金接头的微观组织和力学性能.结果表明：当焊速为100mm·min时，接头的抗拉 强度最高为447MPa,可达母材的80%，且所有接头的正弯和背弯180°均无裂纹：接头横截面的硬度分布呈W型，硬度最低点 出现在热力影响区和焊核区的交界处，焊速不同会导致不同的焊接热循环，且随着焊速的增加接头的硬度随之增加：焊核区 组织发生了动态再结晶，生成了细小的等轴晶粒，前进侧和后退侧热力影响区的晶粒均发生了明显的变形；前进侧热影响区 析出)'相，后退侧热影响区因温度较高析出)相和尺寸较大的η相. 关键词机器人；搅拌摩擦焊；焊接速度；微观组织；力学性能 分类号TG456.9 Effect of the welding speed on the microstructure and the mechanical properties of robotic friction stir welded AA7B04 aluminum alloy ZHANG Kun),JIANG Hai-tao2,MENG Qiang,TANG Di),LIN Hong-tao2) 1)Aviation Joining Technology Key Lab of Aviation Industry Corporation of China,Beijing Aeronautical Manufacturing and Technology Research Institute, Beijing 100024,China 2)Institute of Engineering Technology,University of Science and Technology Beijing,Beijing 100083.China Corresponding author,E-mail:jianght@ustb.edu.cn ABSTRACT For weld defects such as holes,debasement of the joint properties and large deformations easily appear in fusion weld- ing of the AA7B04 aluminum alloy,and the use of mechanical connections such as riveting increases the weight of the connector.Here- in,a 2-mm AA7B04 aluminum alloy was friction stir welded using an industrial KUKA Titan Robot,with a friction stir welding end ef- fector mounted onto the robot.The F,F,,and F:forces of the tool during welding were recorded,and the resultant mechanical strength and microstructure of the joints were studied.The results show that welding speed imposes a great influence on F.The micro- structure and mechanical properties at different welding speeds of a friction stir welded joint of an AA7B04 aluminum alloy sheet were investigated via optical microscope observation,transmission electron microscope observation,a tensile test,a three-point bending test, and a hardness test.The results show that the maximum tensile strength of the joint is 447 MPa for a welding speed of 100mmmin-, equivalent to 80%of the parent metal.No crack is observed in the joints when bending at 180.W-shape hardness distribution is ob- 收稿日期：2017-11-29 基金项目：中航工业集团创新基金资助项目(2014E62541)
工程科学学报,第 40 卷,第 12 期:1525鄄鄄1532,2018 年 12 月 Chinese Journal of Engineering, Vol. 40, No. 12: 1525鄄鄄1532, December 2018 DOI: 10. 13374 / j. issn2095鄄鄄9389. 2018. 12. 011; http: / / journals. ustb. edu. cn 焊接速度对机器人搅拌摩擦焊 AA7B04 铝合金接头组 织和力学性能的影响 张 坤1) , 江海涛2) 苣 , 孟 强1) , 唐 荻2) , 蔺宏涛2) 1) 北京航空制造工程研究所中航工业航空连接技术重点实验室, 北京 100024 2) 北京科技大学工程技术研究院, 北京 100083 苣通信作者, E鄄mail: jianght@ ustb. edu. cn 摘 要 针对熔化焊在焊接 AA7B04 铝合金时易在焊缝中出现孔洞等缺陷,且接头性能下降明显、焊后变形大,以及采用铆接 等机械连接方式会增加连接件的重量等问题,采用集成了搅拌摩擦焊末端执行器的 KUKA Titan 机器人对 2 mm 厚 AA7B04 高 强铝合金进行了焊接,在转速为 800 r·min - 1的条件下,研究了焊度对焊接过程中搅拌头 3 个方向的受力 Fx、Fy和 Fz的影响. 研究发现,Fz受焊速的影响显著,随焊速的增加而降低. 利用光学显微镜、透射电子显微镜、拉伸试验、三点弯曲试验和硬度测 试等方法,研究了不同焊速下 AA7B04 铝合金接头的微观组织和力学性能. 结果表明:当焊速为 100 mm·min - 1时,接头的抗拉 强度最高为 447 MPa,可达母材的 80% ,且所有接头的正弯和背弯 180毅均无裂纹;接头横截面的硬度分布呈 W 型,硬度最低点 出现在热力影响区和焊核区的交界处,焊速不同会导致不同的焊接热循环,且随着焊速的增加接头的硬度随之增加;焊核区 组织发生了动态再结晶,生成了细小的等轴晶粒,前进侧和后退侧热力影响区的晶粒均发生了明显的变形;前进侧热影响区 析出 浊忆相,后退侧热影响区因温度较高析出 浊忆相和尺寸较大的 浊 相. 关键词 机器人; 搅拌摩擦焊; 焊接速度; 微观组织; 力学性能 分类号 TG456郾 9 收稿日期: 2017鄄鄄11鄄鄄29 基金项目: 中航工业集团创新基金资助项目(2014E62541) Effect of the welding speed on the microstructure and the mechanical properties of robotic friction stir welded AA7B04 aluminum alloy ZHANG Kun 1) , JIANG Hai鄄tao 2) 苣 , MENG Qiang 1) , TANG Di 2) , LIN Hong鄄tao 2) 1)Aviation Joining Technology Key Lab of Aviation Industry Corporation of China, Beijing Aeronautical Manufacturing and Technology Research Institute, Beijing 100024, China 2)Institute of Engineering Technology, University of Science and Technology Beijing, Beijing 100083, China 苣Corresponding author, E鄄mail: jianght@ ustb. edu. cn ABSTRACT For weld defects such as holes, debasement of the joint properties and large deformations easily appear in fusion weld鄄 ing of the AA7B04 aluminum alloy, and the use of mechanical connections such as riveting increases the weight of the connector. Here鄄 in, a 2鄄mm AA7B04 aluminum alloy was friction stir welded using an industrial KUKA Titan Robot, with a friction stir welding end ef鄄 fector mounted onto the robot. The Fx, Fy, and Fz forces of the tool during welding were recorded, and the resultant mechanical strength and microstructure of the joints were studied. The results show that welding speed imposes a great influence on Fz . The micro鄄 structure and mechanical properties at different welding speeds of a friction stir welded joint of an AA7B04 aluminum alloy sheet were investigated via optical microscope observation, transmission electron microscope observation, a tensile test, a three鄄point bending test, and a hardness test. The results show that the maximum tensile strength of the joint is 447 MPa for a welding speed of 100 mm·min - 1 , equivalent to 80% of the parent metal. No crack is observed in the joints when bending at 180毅. W鄄shape hardness distribution is ob鄄
·1526· 工程科学学报，第40卷，第12期 served on the cross-section of all joints;moreover,owing to the lowest hardness in the heat affected zone and the junction of the welding area,different welding speeds lead to different welding thermal cycles,and the hardness of joint increases with the increase in the welding speed.Dynamic recrystallization occurs in the nugget zone,and fine equiaxial grains are produced.The grains of the advancing and retreating sides of the thermo-mechanically affected zone are obviously deformed.The n'phase can be observed in the heat affected zone of the advancing side,and n'phase particles can also be observed in the heat affected zone of the retreating side.Owing to the higher temperature,the larger n phase can also be found in the heat affected zone of the retreating side. KEY WORDS robot;friction stir welding;welding speed;microstructure;mechanical property 搅拌摩擦焊，是一种新型的固态焊接方法，具有 金，被用作机身蒙皮、上下机翼壁梁、机舱壁等，在航 绿色、环保、接头强度高、焊接变形小等优点，适用于 空航天领域应用较广2-].传统的熔化焊焊接 轻质合金，特别是铝合金的焊接，能够实现熔化焊难 AA7B04铝合金时极易在焊缝中出现孔洞等缺陷， 以焊接的沉淀强化铝合金，如2000系、7000系铝合 且接头性能下降明显，焊后变形较大，不能满足相应 金的焊接1-.搅拌摩擦焊技术已经广泛地应用于 的设计要求.采用机械连接方式，如铆接等会增加 航空、航天、轨道交通等领域，成为铝合金最理想的 机身的重量，不利于相应的作战效能的发挥.目前 连接方式).龙门式数控机床由于其刚性好，可以 关于AA7B04铝合金搅拌摩擦焊的相关研究已经有 承受较大的焊接作用力，成为搅拌摩擦焊接装备的 了少量报道1】，但均采用龙门式数控机床设备施 主要载体 行的焊接，关于机器人搅拌摩擦焊接AA7B04高强 近年来，智能制造和工业化4.0等概念席卷全 铝合金的研究尚未报道. 球，相应的，搅拌摩擦焊装备对智能化、柔性化、自动 本文针对2mm厚AA7B04-T6高强铝合金薄板 化的要求越来越高.而工业机器人作为智能制造的 进行机器人搅拌摩擦对接焊试验，分析焊接过程中 重要载体，也已经越来越多的在搅拌摩擦焊接领域 搅拌头所受的3个方向作用力的变化，以及焊接参 中使用，以替代传统的焊接设备，并以其自动化、柔 数对接头组织和力学性能的影响，为机器人搅拌摩擦 性化和相对低廉的采购成本，成为近期的研究热点. 焊在薄板高强铝合金方面的焊接应用提供参考依据. 机器人搅拌摩擦焊的缺点也比较明显，刚性相对较 差，导致焊接材料的厚度受到一定程度的限制[6-8】. 1实验方法 Smith等[9)利用集成了搅拌摩擦焊执行器的ABB 本文中使用的是KUKA Titan1000型重载机器 IRB76O0工业机器人实现了三维焊缝的焊接.Bres 人，在该机器人第六轴的法兰盘上安装了自主开发 等1]通过模拟分析优化了搅拌摩擦焊机器人的结 的搅拌摩擦焊执行器，该执行器采用电主轴驱动，在 构和形式.De Backer等[)通过在线感知和焊缝补 电主轴内安装了压力传感器，用于测量和记录焊接 偿获得了无缺陷的搅拌摩擦焊接头. 过程中搅拌头所受的3个方向的作用力，搅拌摩擦 AA7BO4铝合金是一种航空航天用高强铝合 焊机器人如图1所示. a b) 心 图1搅拌摩擦焊机器人.(a)KUKA Titan机器人：(b)末端搅拌摩擦焊执行器 Fig.1 Friction stir welding robot:(a)KUKA Titan robot;(b)friction stir welding end effector 利用该搅拌摩擦焊机器人对2mm厚AA7B04- 为圆锥形带螺纹，搅拌针根部直径为3mm,端部直 T6铝合金实行对接焊，母材的化学成分和力学性能 径为2mm,针长为1.8mm,焊接时的倾斜角度为 如表1和表2所示，试样尺寸为150mm×100mm× 2.5°.焊接时的转速恒定为800r·min-1,焊速分别 2mm.本实验中的搅拌头轴肩直径为8mm,搅拌针 为50、75、100、200、300、400和500 mm.min-1,焊接
工程科学学报,第 40 卷,第 12 期 served on the cross鄄section of all joints; moreover, owing to the lowest hardness in the heat affected zone and the junction of the welding area, different welding speeds lead to different welding thermal cycles, and the hardness of joint increases with the increase in the welding speed. Dynamic recrystallization occurs in the nugget zone, and fine equiaxial grains are produced. The grains of the advancing and retreating sides of the thermo鄄mechanically affected zone are obviously deformed. The 浊忆 phase can be observed in the heat affected zone of the advancing side, and 浊忆 phase particles can also be observed in the heat affected zone of the retreating side. Owing to the higher temperature, the larger 浊 phase can also be found in the heat affected zone of the retreating side. KEY WORDS robot; friction stir welding; welding speed; microstructure; mechanical property 搅拌摩擦焊,是一种新型的固态焊接方法,具有 绿色、环保、接头强度高、焊接变形小等优点,适用于 轻质合金,特别是铝合金的焊接,能够实现熔化焊难 以焊接的沉淀强化铝合金,如 2000 系、7000 系铝合 金的焊接[1鄄鄄4] . 搅拌摩擦焊技术已经广泛地应用于 航空、航天、轨道交通等领域,成为铝合金最理想的 连接方式[5] . 龙门式数控机床由于其刚性好,可以 承受较大的焊接作用力,成为搅拌摩擦焊接装备的 主要载体. 近年来,智能制造和工业化 4郾 0 等概念席卷全 球,相应的,搅拌摩擦焊装备对智能化、柔性化、自动 化的要求越来越高. 而工业机器人作为智能制造的 重要载体,也已经越来越多的在搅拌摩擦焊接领域 中使用,以替代传统的焊接设备,并以其自动化、柔 性化和相对低廉的采购成本,成为近期的研究热点. 机器人搅拌摩擦焊的缺点也比较明显,刚性相对较 差,导致焊接材料的厚度受到一定程度的限制[6鄄鄄8] . Smith 等[9]利用集成了搅拌摩擦焊执行器的 ABB IRB7600 工业机器人实现了三维焊缝的焊接. Bres 等[10]通过模拟分析优化了搅拌摩擦焊机器人的结 构和形式. De Backer 等[11] 通过在线感知和焊缝补 偿获得了无缺陷的搅拌摩擦焊接头. AA7B04 铝合金是一种航空航天用高强铝合 金,被用作机身蒙皮、上下机翼壁梁、机舱壁等,在航 空航天领域应用较广[12鄄鄄13] . 传 统 的 熔 化 焊 焊 接 AA7B04 铝合金时极易在焊缝中出现孔洞等缺陷, 且接头性能下降明显,焊后变形较大,不能满足相应 的设计要求. 采用机械连接方式,如铆接等会增加 机身的重量,不利于相应的作战效能的发挥. 目前 关于 AA7B04 铝合金搅拌摩擦焊的相关研究已经有 了少量报道[14鄄鄄18] ,但均采用龙门式数控机床设备施 行的焊接,关于机器人搅拌摩擦焊接 AA7B04 高强 铝合金的研究尚未报道. 本文针对2 mm 厚 AA7B04鄄鄄T6 高强铝合金薄板 进行机器人搅拌摩擦对接焊试验,分析焊接过程中 搅拌头所受的 3 个方向作用力的变化,以及焊接参 数对接头组织和力学性能的影响,为机器人搅拌摩擦 焊在薄板高强铝合金方面的焊接应用提供参考依据. 1 实验方法 本文中使用的是 KUKA Titan 1000 型重载机器 人,在该机器人第六轴的法兰盘上安装了自主开发 的搅拌摩擦焊执行器,该执行器采用电主轴驱动,在 电主轴内安装了压力传感器,用于测量和记录焊接 过程中搅拌头所受的 3 个方向的作用力,搅拌摩擦 焊机器人如图 1 所示. 图 1 搅拌摩擦焊机器人. (a)KUKA Titan 机器人;(b)末端搅拌摩擦焊执行器 Fig. 1 Friction stir welding robot: (a) KUKA Titan robot; (b) friction stir welding end effector 利用该搅拌摩擦焊机器人对 2 mm 厚 AA7B04鄄鄄 T6 铝合金实行对接焊,母材的化学成分和力学性能 如表 1 和表 2 所示,试样尺寸为 150 mm 伊 100 mm 伊 2 mm. 本实验中的搅拌头轴肩直径为 8 mm,搅拌针 为圆锥形带螺纹,搅拌针根部直径为 3 mm,端部直 径为 2 mm,针长为 1郾 8 mm,焊接时的倾斜角度为 2郾 5毅. 焊接时的转速恒定为 800 r·min - 1 ,焊速分别 为 50、75、100、200、300、400 和 500 mm·min - 1 ,焊接 ·1526·
张坤等：焊接速度对机器人搅拌摩擦焊AA704铝合金接头组织和力学性能的影响 ·1527· 过程中记录搅拌头所承受的x,y和z3个方向的作 2实验结果 用力F,F,和F.垂直于焊缝分别切取拉伸、弯曲 和金相试样，在5982电子万能材料试验机上按照 2.1焊接过程搅拌头受力的变化规律 GB/T228.1一2010进行室温拉伸试验，每个参数选 机器人搅拌摩擦焊接过程中搅拌头所受的3个 取3个试样，取平均值：按照GB/T2653一2008进 方向的作用力F,、F和F随时间的变化规律如图2 行三点弯曲试验，每个参数选取2个试样，分别进行 所示.从图2(a)和图2(b)可以看出，焊接过程中 正弯和背弯测试，弯曲速率为4mm·min-;利用 F和F的力较小，随焊速的变化不明显；而F随焊 FM-ARS9000维氏硬度仪测量焊缝厚度中心的硬度 速的变化显著，如图2(c)所示，随着焊接的进行，F 分布：金相试样采用砂纸打磨并在抛光机上抛光，在 首先以近似线性增大，这对应着搅拌针扎入试样的 Keller试剂中侵蚀，并在Leica DMI5OOOM型金相显 阶段，当搅拌头的轴肩与试样完全接触时，F,达到最 微镜上观察接头横截面的组织：利用ZEISS SUPRA 大值.实际焊接时，当轴肩完全接触试样表面后会 55高分辨透射电镜观察接头析出物的形貌：通过 停留数秒对试样进行预热，保证产生足够的摩擦热 NETSCH STA449C综合热分析仪对接头焊核区进行 软化材料，而后搅拌头在预设的直线轨迹上加速运 示差扫描量热(DSC)分析，升温速率为20℃· 动，直至到达设定的焊速，并以此焊速匀速行进，焊 min-1,升温范围为20~550℃. 接结束后将搅拌头从试样中抽出.在此过程中，F 开始震荡的减小，这主要是由于焊接开始阶段的预 表1AA7B04-T6铝合金化学成分（质量含量） 热产生了较多的热量，软化了搅拌头行进方向的金 Table 1 Chemical compositions of AA7B04-T6 aluminum alloy 属，从而降低了顶锻力，当焊速达到预设速度，将匀 Zn Mg Cu Mn Fe Si Ti Cr Al 速前进，此时，产热和散热达到平衡，F的数值变化 6.122.781.480.310.130.0410.0250.19余量 较小，进入稳定焊接阶段 表2AA7B04-T6铝合金的力学性能 对比不同焊速条件下的F,可以看出：当焊接 Table 2 Mechanical properties of AA7B04-T6 aluminum alloy 速度为50mm·min-1时，稳定焊接阶段的F,约为2 材料 屈服强度/MPa抗拉强度/MPa伸长率/% kN,随焊速的增加，稳定焊接阶段的F增大，当焊速 AA7B04-T6 495 553 11.0 为500 mm.min'时，稳定焊接阶段很短，其F,约为 1.0 (a) 焊接速度 1.o 焊接速度 0.8 -50mmmin- -200 mmmin -50 mm'min" -200 mm'min- 一75mm·minl -300mm·min -75 mmmin-! -300 mm.min- 06 100 mm'min- -400mm·min 0.5 -100mmmin- -400 mmmin -500mmminl -500 mm min- 0. 0.5 100 1s0 200 250 300 100 10 200 250 300 时间/s 时间/s 焊接速度 50 mm.min -75mm·min 100 mm.min" -200mm·min- -300mm·min -400 mm.min- 500mmmin- 人LIT 50 100 150 200250 300 时间s 图2不同焊接速度下搅拌摩擦焊接过程中力值随时间的变化规律.(a)Fx;(b)F,;(c)F: Fig.2 Variation of the force value over time in friction stir welding under different welding speeds:(a)F,(b)F,;(c)F:
张 坤等: 焊接速度对机器人搅拌摩擦焊 AA7B04 铝合金接头组织和力学性能的影响 过程中记录搅拌头所承受的 x,y 和 z 3 个方向的作 用力 Fx,Fy和 Fz . 垂直于焊缝分别切取拉伸、弯曲 和金相试样,在 5982 电子万能材料试验机上按照 GB / T 228郾 1—2010 进行室温拉伸试验,每个参数选 取 3 个试样,取平均值;按照 GB / T 2653 ― 2008 进 行三点弯曲试验,每个参数选取 2 个试样,分别进行 正弯和背弯测试,弯曲速率为 4 mm·min - 1 ;利用 FM鄄鄄ARS9000 维氏硬度仪测量焊缝厚度中心的硬度 分布;金相试样采用砂纸打磨并在抛光机上抛光,在 Keller 试剂中侵蚀,并在 Leica DMI5000M 型金相显 微镜上观察接头横截面的组织;利用 ZEISS SUPRA 55 高分辨透射电镜观察接头析出物的形貌;通过 NETSCH STA449C 综合热分析仪对接头焊核区进行 示差 扫 描 量 热 ( DSC) 分 析, 升 温 速 率 为 20 益· min - 1 ,升温范围为 20 ~ 550 益 . 表 1 AA7B04鄄鄄T6 铝合金化学成分(质量含量) Table 1 Chemical compositions of AA7B04鄄鄄T6 aluminum alloy % Zn Mg Cu Mn Fe Si Ti Cr Al 6郾 12 2郾 78 1郾 48 0郾 31 0郾 13 0郾 041 0郾 025 0郾 19 余量 图 2 不同焊接速度下搅拌摩擦焊接过程中力值随时间的变化规律. (a)Fx;(b)Fy;(c)Fz Fig. 2 Variation of the force value over time in friction stir welding under different welding speeds: (a) Fx; (b) Fy; (c) Fz 表 2 AA7B04鄄鄄T6 铝合金的力学性能 Table 2 Mechanical properties of AA7B04鄄鄄T6 aluminum alloy 材料 屈服强度/ MPa 抗拉强度/ MPa 伸长率/ % AA7B04鄄鄄T6 495 553 11郾 0 2 实验结果 2郾 1 焊接过程搅拌头受力的变化规律 机器人搅拌摩擦焊接过程中搅拌头所受的 3 个 方向的作用力 Fx、Fy和 Fz随时间的变化规律如图 2 所示. 从图 2( a)和图 2( b)可以看出,焊接过程中 Fx和 Fy的力较小,随焊速的变化不明显;而 Fz随焊 速的变化显著,如图 2(c)所示,随着焊接的进行,Fz 首先以近似线性增大,这对应着搅拌针扎入试样的 阶段,当搅拌头的轴肩与试样完全接触时,Fz达到最 大值. 实际焊接时,当轴肩完全接触试样表面后会 停留数秒对试样进行预热,保证产生足够的摩擦热 软化材料,而后搅拌头在预设的直线轨迹上加速运 动,直至到达设定的焊速,并以此焊速匀速行进,焊 接结束后将搅拌头从试样中抽出. 在此过程中,Fz 开始震荡的减小,这主要是由于焊接开始阶段的预 热产生了较多的热量,软化了搅拌头行进方向的金 属,从而降低了顶锻力,当焊速达到预设速度,将匀 速前进,此时,产热和散热达到平衡,Fz的数值变化 较小,进入稳定焊接阶段. 对比不同焊速条件下的 Fz,可以看出:当焊接 速度为 50 mm·min - 1 时,稳定焊接阶段的 Fz约为 2 kN,随焊速的增加,稳定焊接阶段的 Fz增大,当焊速 为 500 mm·min - 1时,稳定焊接阶段很短,其 Fz约为 ·1527·
·1528 工程科学学报，第40卷，第12期 10kN.由此可以看出，焊速对稳定焊接阶段的F影 速为500 mm-min-1时略有回升，且最大延伸率为焊 响显著，尤其是当焊速为500 mm.min1时，最大瞬 速50mm·min-1的接头，为9.12%，可达母材的 时F,可达1l.5kN.Arbegast和Hartley]研究了搅 83%.AA7B04铝合金为典型的沉淀强化高强铝合 拌摩擦焊接过程中焊接参数对温度的影响，并建立 金，而搅拌摩擦焊接是一个复杂的热和力耦合的过 了焊接过程中的最高温度T(℃)，与转速w(r· 程，焊速和转速的匹配决定了焊接温度的高低，以及 min-l)和焊速v(mm.min-1)的关系，如式(1)所示. 高温停留时间的长短，这些都会影响沉淀强化相的 溶解和析出等行为，并影响接头的力学性能的高低. (1) 10 图抗拉强度 式中，T为铝合金的熔点，K为比例系数，对于铝合 500 忍屈服强度 金来说，K在0.65~0.75之间，指数α的变化范围 ☑延伸率 400 为0.04-0.06 从式(1)中可以看出，随着焊速v的增加，焊接 300 过程中的最高温度降低，被焊材料的软化效果减弱， 从而使F较大，对于高强7000系铝合金的机器人 搅拌摩擦焊来说，还是需要尽量选择产热量大的参 100 数，降低搅拌头所承受的F,以此减少对机器人本 75 100200300 400 5 体刚性的不利影响. 煤接速度mm·min) 2.2接头力学性能的变化规律 图3接头的力学性能 不同焊速条件下接头的力学性能如图3所示， Fig.3 Mechanical properties of the joints 随着焊速的提高，接头的抗拉强度先升高后降低，当 焊速为100mm·min1时，接头的抗拉强度最高，为 三点弯曲测试结果表明，所有的试样在正弯和 447MPa,为母材的80%，随着焊速的继续升高，抗 背弯180°时，试样表面均无裂纹，这说明，焊接接头 拉强度下降：同样，对接头延伸率的分析可以看出， 内部没有隧道、孔洞，以及未焊合等缺陷，如图4 随着焊速的升高，延伸率近似单调的下降，只是在焊 所示. 图4机器人焊接7B04铝合金的三点弯曲试验结果.(a)正弯180°：(b)背弯180° Fig.4 Three-point bending of robotic friction stir welding of 2 mm AA7B04:(a)face bending 180:(b)root bending 180 拉伸试验过程中的接头的应力应变曲线如图5 力应变变化曲线也不相同. 所示.从图5中可以看出，50和75 mm.min-1接头 2.3接头的硬度分布 拉伸曲线的弹性变形阶段相似：而焊速为100、200、 对焊速为50、200和400mm·min-的接头厚度 300、400和500mm·min-'接头拉伸曲线的弹性变形 中心处的硬度分布进行分析，结果如图6所示，可以 阶段相似.弹性变形阶段应力-应变曲线的斜率表 看出，3个接头的硬度均呈现典型的W型分布，硬 征的是该材料的弹性模量，不同焊速接头的弹性模 度最低点出现在热力影响区和焊核区的交界处， 量提取后，如表3所示 焊核区的硬度有了一定程度的升高，前进侧和后 从表3中可以看出，焊速为50和75 mm.min1 退侧的硬度分布并不对称：同时，还可以看出，当 的接头的弹性模量约为150GPa,而焊速为100mm· 焊速升高时，焊核区的硬度略有升高，焊核区的宽 min~'及更高焊速的接头的弹性模量在70GPa左 度也略有增加，这和不同焊速导致的焊接热循环 右，两者之间相差2倍，同时，其塑性变形阶段的应 不同有关
工程科学学报,第 40 卷,第 12 期 10 kN. 由此可以看出,焊速对稳定焊接阶段的 Fz影 响显著,尤其是当焊速为 500 mm·min - 1 时,最大瞬 时 Fz可达 11郾 5 kN. Arbegast 和 Hartley [19] 研究了搅 拌摩擦焊接过程中焊接参数对温度的影响,并建立 了焊接过程中的最高温度 T (益 ),与转速 棕 ( r· min - 1 )和焊速 淄(mm·min - 1 )的关系,如式(1)所示. T Tm = K ( 棕 2 ) 淄 琢 (1) 式中, Tm为铝合金的熔点,K 为比例系数,对于铝合 金来说,K 在 0郾 65 ~ 0郾 75 之间,指数 琢 的变化范围 为 0郾 04 ~ 0郾 06. 从式(1)中可以看出,随着焊速 淄 的增加,焊接 过程中的最高温度降低,被焊材料的软化效果减弱, 从而使 Fz较大,对于高强 7000 系铝合金的机器人 搅拌摩擦焊来说,还是需要尽量选择产热量大的参 数,降低搅拌头所承受的 Fz,以此减少对机器人本 体刚性的不利影响. 2郾 2 接头力学性能的变化规律 不同焊速条件下接头的力学性能如图 3 所示, 随着焊速的提高,接头的抗拉强度先升高后降低,当 焊速为 100 mm·min - 1 时,接头的抗拉强度最高,为 447 MPa,为母材的 80% ,随着焊速的继续升高,抗 拉强度下降;同样,对接头延伸率的分析可以看出, 随着焊速的升高,延伸率近似单调的下降,只是在焊 速为 500 mm·min - 1时略有回升,且最大延伸率为焊 速 50 mm·min - 1 的接头, 为 9郾 12% , 可达母材的 83% . AA7B04 铝合金为典型的沉淀强化高强铝合 金,而搅拌摩擦焊接是一个复杂的热和力耦合的过 程,焊速和转速的匹配决定了焊接温度的高低,以及 高温停留时间的长短,这些都会影响沉淀强化相的 溶解和析出等行为,并影响接头的力学性能的高低. 图 3 接头的力学性能 Fig. 3 Mechanical properties of the joints 三点弯曲测试结果表明,所有的试样在正弯和 背弯 180毅时,试样表面均无裂纹,这说明,焊接接头 内部没有隧道、孔洞,以及未焊合等缺陷,如图 4 所示. 图 4 机器人焊接 7B04 铝合金的三点弯曲试验结果. (a)正弯 180毅;(b)背弯 180毅 Fig. 4 Three鄄point bending of robotic friction stir welding of 2 mm AA7B04: (a) face bending 180毅; (b) root bending 180毅 拉伸试验过程中的接头的应力应变曲线如图 5 所示. 从图 5 中可以看出,50 和 75 mm·min - 1接头 拉伸曲线的弹性变形阶段相似;而焊速为 100、200、 300、400 和 500 mm·min - 1接头拉伸曲线的弹性变形 阶段相似. 弹性变形阶段应力鄄鄄 应变曲线的斜率表 征的是该材料的弹性模量,不同焊速接头的弹性模 量提取后,如表 3 所示. 从表 3 中可以看出,焊速为 50 和 75 mm·min - 1 的接头的弹性模量约为 150 GPa,而焊速为 100 mm· min - 1及更高焊速的接头的弹性模量在 70 GPa 左 右,两者之间相差 2 倍,同时,其塑性变形阶段的应 力应变变化曲线也不相同. 2郾 3 接头的硬度分布 对焊速为 50、200 和 400 mm·min - 1的接头厚度 中心处的硬度分布进行分析,结果如图 6 所示,可以 看出,3 个接头的硬度均呈现典型的 W 型分布,硬 度最低点出现在热力影响区和焊核区的交界处, 焊核区的硬度有了一定程度的升高,前进侧和后 退侧的硬度分布并不对称;同时,还可以看出,当 焊速升高时,焊核区的硬度略有升高,焊核区的宽 度也略有增加,这和不同焊速导致的焊接热循环 不同有关. ·1528·
张坤等：焊接速度对机器人搅拌摩擦焊AA7B04铝合金接头组织和力学性能的影响 ·1529· 500 160 焊接速度 150 -50mm·minl 400 。-200mm·mim- 140 -400mmmin-1 300 焊接速度 130 50mm·min- 75 mm'min-! 120 100 mm.min- 200 mm.min- 110 300mm·min-l 100 100 返回侧 前进侧 400 mmmin 焊接区 500 mm'min- 0.004 0.008 0.012 0.016 -15 -10 0 10 应变 距离/mm 图5机器人搅拌摩擦焊7B04铝合金接头的应力-应变曲线 图6不同焊速条件下的接头的硬度分布 Fig.5 Strain-stress of robotic friction stir welding of 2 mm AA7B04 Fig.6 Hardness distribution of joints under different welding speed conditions 表3不同焊速的机器人搅拌摩擦焊接头的弹性模量 Table 3 Elasticity modulus of robotic friction stir welding joints with dif- 头组织进行观察，如图7所示.可以看出，母材为拉 ferent welding speeds 长的变形组织，这是由于母材的初始状态为轧制态， 焊接速度/(mm·minl) 弹性模量/GPa 晶粒拉长的方向即为轧制方向.接头焊核区的组织 50 147.890 为细小的等轴晶粒，平均晶粒尺寸约为10μm,搅拌 75 152.345 摩擦焊接过程中焊核区的组织经历了剧烈的塑性变 100 67.132 形，并在摩擦热的作用下发生了动态再结晶，生成了 200 71.023 细小等轴的再结晶组织.由于晶粒得到细化可以使 300 69.172 得材料晶界所占比例提高，其中的晶界能随之增加， 400 68.834 500 69.054 提高材料整体的力学性能，因此，该参数下的试样品 粒细化程度越高其表现出的抗拉强度越高.前进侧 2.4接头的组织观察 热力影响区与焊核区的分界线明显，热力影响区的 对抗拉强度最高的焊速为100mm·min-l的接 品粒发生了明显的变形，变形的方向为焊核区的材 (a 50 um 50 pm (c) (d) 50m 50m 图7：焊速为100mm·miml接头各区域的组织.(a)母材：(b)焊核区：(c)前进侧焊核区与热力影响区：(d)后退侧焊核区与热力影响区 Fig.7 Microstructure of a friction stir welding sample processed at a welding speed of 100mmmin:(a)base metal;(b)nugget zone;(c)nug- get zone and thermal-mechanical affected zone in advancing side;(d)nugget zone and thermal-mechanical affected zone in retreating side
张 坤等: 焊接速度对机器人搅拌摩擦焊 AA7B04 铝合金接头组织和力学性能的影响 图 5 机器人搅拌摩擦焊 7B04 铝合金接头的应力鄄鄄应变曲线 Fig. 5 Strain鄄stress of robotic friction stir welding of 2 mm AA7B04 表 3 不同焊速的机器人搅拌摩擦焊接头的弹性模量 Table 3 Elasticity modulus of robotic friction stir welding joints with dif鄄 ferent welding speeds 焊接速度/ (mm·min - 1 ) 弹性模量/ GPa 50 147郾 890 75 152郾 345 100 67郾 132 200 71郾 023 300 69郾 172 400 68郾 834 500 69郾 054 图 7 焊速为 100 mm·min - 1接头各区域的组织. (a)母材;(b)焊核区;(c)前进侧焊核区与热力影响区;(d)后退侧焊核区与热力影响区 Fig. 7 Microstructure of a friction stir welding sample processed at a welding speed of 100 mm·min - 1 : (a) base metal; (b) nugget zone; (c) nug鄄 get zone and thermal鄄mechanical affected zone in advancing side; (d) nugget zone and thermal鄄mechanical affected zone in retreating side 2郾 4 接头的组织观察 对抗拉强度最高的焊速为 100 mm·min - 1 的接 图 6 不同焊速条件下的接头的硬度分布 Fig. 6 Hardness distribution of joints under different welding speed conditions 头组织进行观察,如图 7 所示. 可以看出,母材为拉 长的变形组织,这是由于母材的初始状态为轧制态, 晶粒拉长的方向即为轧制方向. 接头焊核区的组织 为细小的等轴晶粒,平均晶粒尺寸约为 10 滋m,搅拌 摩擦焊接过程中焊核区的组织经历了剧烈的塑性变 形,并在摩擦热的作用下发生了动态再结晶,生成了 细小等轴的再结晶组织. 由于晶粒得到细化可以使 得材料晶界所占比例提高,其中的晶界能随之增加, 提高材料整体的力学性能,因此,该参数下的试样晶 粒细化程度越高其表现出的抗拉强度越高. 前进侧 热力影响区与焊核区的分界线明显,热力影响区的 晶粒发生了明显的变形,变形的方向为焊核区的材 ·1529·
·1530 工程科学学报，第40卷，第12期 料流动的方向，如图7（©）所示：后退侧热力影响区 式消耗掉，而是残留在了晶粒内部.前进侧和后退 的组织与焊核区的分界线并不明显，同样，该区域的 侧的热影响区的透射照片如图8(c)和(d)所示，从 组织也发生了一定程度的变形，变形的方向也为材 图中可以观察到，前进侧热影响区析出η'相，形状 料流动的方向，如图7(d)所示. 为棒状或圆盘状，分布十分弥散：后退侧热影响区除 研究表明[20]，7000系铝合金存在两类析出相， 析出η相外，还析出η相，形状为扁椭球状，其尺寸 一类是均匀、弥散分布的细小析出相η'，另一类是 明显增大，这说明在搅拌摩擦焊接过程中后退侧受 尺寸较大的平衡相n.焊速为100 mm.min-1接头中 热的影响较大，温度较高，导致析出相粒子粗化 各区域的透射电镜观察和沿{100轴的衍射花样分 长大 析结果如图8所示.由图8(a)可以看出母材基体 2.5示差扫描量热分析 中分布着均匀细密的析出相，这些析出相为GP区 对于AA7B04铝合金来说，差热曲线的吸热溶 及少量弥散的η'相和m相，其中m'大多分布于晶粒 解峰对应强化相的溶解，而放热生成峰则表征强化 内，而η相多分布于晶界处.强化效果最大的是半 相析出，其峰值面积与析出相的体积分数有一定的 共格的η'相，其次是GP区，最后是非共格的稳定η 关系.7000系铝合金的沉淀过程主要为α（过饱和 相.图8(b)中可以看出焊核区分布着少量的圆片 固溶体)一→GP区m'或η→高温相.焊速为100mm· 状和短棒状的析出相，且分布不均匀，部分晶粒的内min1接头的焊核区的差热曲线如图9所示，图中I 部残留着位错，该部分位错未能以动态再结晶的方 峰为GP区的溶解峰，Ⅱ峰为η'和m生成峰，Ⅲ峰为 500 nm 200nm 200nm (e) 图8焊接参数为100mm·min1的接头各区的析出物形貌和分布.(a)母材：(b)焊核区：(c)前进侧热影响区：(d)后退侧热影响区：(e) {100:轴衍射图 Fig.8 Precipitation distribution of robotic friction stir welding AA7B04:(a)base metal;(b)nugget zone;(c)heat-affected zone in advancing side:(d)heat-affected zone in retreating side;(e)diffraction map of 100 axis
工程科学学报,第 40 卷,第 12 期 料流动的方向,如图 7(c)所示;后退侧热力影响区 的组织与焊核区的分界线并不明显,同样,该区域的 组织也发生了一定程度的变形,变形的方向也为材 料流动的方向,如图 7(d)所示. 研究表明[20] ,7000 系铝合金存在两类析出相, 一类是均匀、弥散分布的细小析出相 浊忆,另一类是 尺寸较大的平衡相 浊. 焊速为 100 mm·min - 1接头中 图 8 焊接参数为 100 mm·min - 1的接头各区的析出物形貌和分布. ( a)母材;( b)焊核区;(c)前进侧热影响区;( d)后退侧热影响区;( e) {100}轴衍射图 Fig. 8 Precipitation distribution of robotic friction stir welding AA7B04: ( a) base metal; ( b) nugget zone; ( c) heat鄄affected zone in advancing side; (d) heat鄄affected zone in retreating side; (e) diffraction map of {100} axis 各区域的透射电镜观察和沿{100}轴的衍射花样分 析结果如图 8 所示. 由图 8( a)可以看出母材基体 中分布着均匀细密的析出相,这些析出相为 GP 区 及少量弥散的 浊忆相和 浊 相,其中 浊忆大多分布于晶粒 内,而 浊 相多分布于晶界处. 强化效果最大的是半 共格的 浊忆相,其次是 GP 区,最后是非共格的稳定 浊 相. 图 8(b)中可以看出焊核区分布着少量的圆片 状和短棒状的析出相,且分布不均匀,部分晶粒的内 部残留着位错,该部分位错未能以动态再结晶的方 式消耗掉,而是残留在了晶粒内部. 前进侧和后退 侧的热影响区的透射照片如图 8( c)和( d)所示,从 图中可以观察到,前进侧热影响区析出 浊忆相,形状 为棒状或圆盘状,分布十分弥散;后退侧热影响区除 析出 浊忆相外,还析出 浊 相,形状为扁椭球状,其尺寸 明显增大,这说明在搅拌摩擦焊接过程中后退侧受 热的影响较大,温度较高,导致析出相粒子粗化 长大. 2郾 5 示差扫描量热分析 对于 AA7B04 铝合金来说,差热曲线的吸热溶 解峰对应强化相的溶解,而放热生成峰则表征强化 相析出,其峰值面积与析出相的体积分数有一定的 关系. 7000 系铝合金的沉淀过程主要为 琢(过饱和 固溶体)寅GP 区寅浊忆或 浊寅高温相. 焊速为 100 mm· min - 1接头的焊核区的差热曲线如图 9 所示,图中玉 峰为 GP 区的溶解峰,域峰为 浊忆和 浊 生成峰,芋峰为 ·1530·
张坤等：焊接速度对机器人搅拌摩擦焊AA704铝合金接头组织和力学性能的影响 ·1531· η回溶峰，Ⅳ峰为高温脆性相生成峰.从图中可以 参考文献 看出，在80~220℃发生了GP区的溶解，而后当温 [1]Mishra R S,Ma Z Y.Friction stir welding and processing.Mater 度升高到300℃时，又生成了η'或m相，当温度继 Sei Eng R,2016.50(1-2):1 续升高，1相回溶，当温度高于450℃时，焊核区生 [2]Nandan R,DebRoy T,Bhadeshia H K D H.Recent advances in 成了高温脆性相. friction-stir welding-process,weldment structure and properties. Prog Mater Sci,2008,53(6):980 0.05 [3]Zhang Z H,Li W Y,Feng Y,et al.Global anisotropic response 0.04 of friction stir welded 2024 aluminum sheets.Acta Mater,2015, 0.03 92:117 0.02 [4]Zhang Z H,Li W Y,Li J L,et al.Microstructure and anisotropic 0.01 mechanical behavior of friction stir welded AA2024 alloy sheets. 06 Mater Charact,2015,107:112 [5] Threadgill PL,Leonard A J.Shercliff H R,et al.Friction stir -0.02 welding of aluminium alloys.Int Mater Rer,2009,54(2):49 -0.03 [6]Voellner G,Zach M F,Silvanus J.Influence of machine types on -0.04 FSW seam qualities /Proceedings of 7th International Friction -0.05 100 200 300400 500 600 Stir Welding Symposium.Awaji Island,2008:20 温度/℃ [Cook G E,Crawford R.Clark D E,et al.Robotic friction stir 图9焊速100 mm.min1时接头焊核区示差扫描量热随温度变 welding.Ind Robot Int J,2004,31(1):55 化的曲线 [8]Fehrenbacher A,Smith C B,Duffie NA,et al.Combined tem- Fig.9 Differential thermal curves of nugget zone robotic friction stir perature and force control for robotic friction stir welding.I Manuf welding AA7B04 at 100 mmmin! Sei Eng,2014,136(2):021007-1 [9]Smith C B,Hinrichs J F,Crusan W A.Robotic friction stir weld- 3结论 ing:state of the art /Proceedings of the Fourth International Symposium of Friction Stir Welding.Waukesha,2003:14 (1)焊接过程中搅拌头的F和F,力较小，F,力 [10]Bres A,Monsarrat B.Dubourg L,et al.Simulation of friction 较大：焊速对F影响显著，研究发现，随焊速的增 stir welding using industrial robots.Ind Robot Int J,2010,37 (1):36 加，稳定焊接阶段的F,增大，当焊速为50mm·min-1 [11]De Backer J,Christiansson A K,Oqueka J,et al.Investigation 时，稳定焊接阶段的F,约为2kN,而当焊速为500 of path compensation methods for robotic friction stir welding.Ind mm.min-1时，稳定焊接阶段的F.约为10kN. Robot Int J,2012,39(6):601 [12]Li Z H,Xiong B Q,Zhang Y A,et al.Effect of low-temperature (2)接头的抗拉强度随焊速的增加，先升高后 retrogression and re-aging treatment on the microstructure and 降低，当焊速为100 mm.min-1时最高为447MPa,可 properties of 7B04-T651 Al alloy thick plates.JUnir Sci Techn- 达母材的80%，从应力-应变曲线上可以看出，当焊 ol Beijing,2008,30(12):1383 速为50和75mm·min-1时，接头的弹性模量约为 (李志辉，熊柏青，张永安，等.低温回归再时效对7BO4- 150GPa,其余接头的弹性模量约为70GPa. T651铝合金厚板组织与性能的影响.北京科技大学学报， 2008,30(12):1383) (3)接头的硬度呈W型分布，硬度最低点出现 [13]Liu B,Peng C Q,Wang R C,et al.Recent development and 在热力影响区和焊核区的交界处：随焊速的升高，焊 prospects for giant plane aluminum alloys.Chin Nonferrous 核区的硬度随之增加 Met,2010,20(9):1705 (4)焊速为100 mm.min-1的接头的焊核区发生 (刘兵，彭超群，王日初，等.大飞机用铝合金的研究现状及 了动态再结品，为细小的等轴晶粒，分布着少量的半 展望.中国有色金属学报，2010,20(9)：1705) [14]Yang C,Wang JJ,Ma Z Y,et al.Friction stir welding and low- 共格η'相和非共格η相，前进侧热影响区分布着较 temperature superplasticity of 7B04 Al sheet.Acta Metall Sin, 多的η'相，后退侧热影响区分布着较多的η'和 2015,51(12):1449 m相. (杨超，王继杰，马宗义，等.7804铝合金薄板的搅拌摩擦 (5)焊速为100mm·min接头焊核区的差热分 焊接及接头低温超塑性研究.金属学报，2015,51(12)： 析表明，接头焊核区在80~220℃发生了GP区的溶 1449) 解，温度为300℃时，开始生成η'或η相，当温度继 [15]Meng L W.Investigation on Friction Stir Welding Proscess of 7B04 High Strength Aluminum Alloy Lap Joints Dissertation]. 续升高，1相回溶，当温度高于450℃时，焊核区生 Shenyang:Shenyang Aerospace University,2014 成了高温脆性相. (孟令伟.7B04高强度铝合金搭接接头搅拌摩擦焊工艺研究
张 坤等: 焊接速度对机器人搅拌摩擦焊 AA7B04 铝合金接头组织和力学性能的影响 浊 回溶峰,郁峰为高温脆性相生成峰. 从图中可以 看出,在 80 ~ 220 益 发生了 GP 区的溶解,而后当温 度升高到 300 益 时,又生成了 浊忆或 浊 相,当温度继 续升高,浊 相回溶,当温度高于 450 益 时,焊核区生 成了高温脆性相. 图 9 焊速 100 mm·min - 1时接头焊核区示差扫描量热随温度变 化的曲线 Fig. 9 Differential thermal curves of nugget zone robotic friction stir welding AA7B04 at 100 mm·min - 1 3 结论 (1)焊接过程中搅拌头的 Fx和 Fy力较小,Fz力 较大;焊速对 Fz 影响显著,研究发现,随焊速的增 加,稳定焊接阶段的 Fz增大,当焊速为 50 mm·min - 1 时,稳定焊接阶段的 Fz 约为 2 kN,而当焊速为 500 mm·min - 1时,稳定焊接阶段的 Fz约为 10 kN. (2)接头的抗拉强度随焊速的增加,先升高后 降低,当焊速为 100 mm·min - 1时最高为 447 MPa,可 达母材的 80% ,从应力鄄鄄应变曲线上可以看出,当焊 速为 50 和 75 mm·min - 1 时,接头的弹性模量约为 150 GPa,其余接头的弹性模量约为 70 GPa. (3)接头的硬度呈 W 型分布,硬度最低点出现 在热力影响区和焊核区的交界处;随焊速的升高,焊 核区的硬度随之增加. (4)焊速为 100 mm·min - 1的接头的焊核区发生 了动态再结晶,为细小的等轴晶粒,分布着少量的半 共格 浊忆相和非共格 浊 相,前进侧热影响区分布着较 多的 浊忆相,后退侧热影响区分布着较多的 浊忆和 浊 相. (5)焊速为 100 mm·min - 1接头焊核区的差热分 析表明,接头焊核区在 80 ~ 220 益发生了 GP 区的溶 解,温度为 300 益时,开始生成 浊忆或 浊 相,当温度继 续升高,浊 相回溶,当温度高于 450 益 时,焊核区生 成了高温脆性相. 参 考 文 献 [1] Mishra R S, Ma Z Y. Friction stir welding and processing. Mater Sci Eng R, 2016, 50(1鄄2): 1 [2] Nandan R, DebRoy T, Bhadeshia H K D H. Recent advances in friction鄄stir welding鄄process, weldment structure and properties. Prog Mater Sci, 2008, 53(6): 980 [3] Zhang Z H, Li W Y, Feng Y, et al. Global anisotropic response of friction stir welded 2024 aluminum sheets. Acta Mater, 2015, 92: 117 [4] Zhang Z H, Li W Y, Li J L, et al. Microstructure and anisotropic mechanical behavior of friction stir welded AA2024 alloy sheets. Mater Charact, 2015, 107: 112 [5] Threadgill P L, Leonard A J, Shercliff H R, et al. Friction stir welding of aluminium alloys. Int Mater Rev, 2009, 54(2): 49 [6] Voellner G, Zaeh M F, Silvanus J. Influence of machine types on FSW seam qualities / / Proceedings of 7th International Friction Stir Welding Symposium. Awaji Island, 2008: 20 [7] Cook G E, Crawford R, Clark D E, et al. Robotic friction stir welding. Ind Robot Int J, 2004, 31(1): 55 [8] Fehrenbacher A, Smith C B, Duffie N A, et al. Combined tem鄄 perature and force control for robotic friction stir welding. J Manuf Sci Eng, 2014, 136(2): 021007鄄1 [9] Smith C B, Hinrichs J F, Crusan W A. Robotic friction stir weld鄄 ing: state of the art / / Proceedings of the Fourth International Symposium of Friction Stir Welding. Waukesha, 2003: 14 [10] Bres A, Monsarrat B, Dubourg L, et al. Simulation of friction stir welding using industrial robots. Ind Robot Int J, 2010, 37 (1): 36 [11] De Backer J, Christiansson A K, Oqueka J, et al. Investigation of path compensation methods for robotic friction stir welding. Ind Robot Int J, 2012, 39(6): 601 [12] Li Z H, Xiong B Q, Zhang Y A, et al. Effect of low鄄temperature retrogression and re鄄aging treatment on the microstructure and properties of 7B04鄄鄄T651 Al alloy thick plates. J Univ Sci Techn鄄 ol Beijing, 2008, 30(12): 1383 (李志辉, 熊柏青, 张永安, 等. 低温回归再时效对 7B04鄄鄄 T651 铝合金厚板组织与性能的影响. 北京科技大学学报, 2008, 30(12): 1383) [13] Liu B, Peng C Q, Wang R C, et al. Recent development and prospects for giant plane aluminum alloys. Chin J Nonferrous Met, 2010, 20(9): 1705 (刘兵, 彭超群, 王日初, 等. 大飞机用铝合金的研究现状及 展望. 中国有色金属学报, 2010, 20(9): 1705) [14] Yang C, Wang J J, Ma Z Y, et al. Friction stir welding and low鄄 temperature superplasticity of 7B04 Al sheet. Acta Metall Sin, 2015, 51(12): 1449 (杨超, 王继杰, 马宗义, 等. 7804 铝合金薄板的搅拌摩擦 焊接及接头低温超塑性研究. 金属学报, 2015, 51 ( 12 ): 1449) [15] Meng L W. Investigation on Friction Stir Welding Proscess of 7B04 High Strength Aluminum Alloy Lap Joints [Dissertation]. Shenyang: Shenyang Aerospace University, 2014 (孟令伟. 7B04 高强度铝合金搭接接头搅拌摩擦焊工艺研究 ·1531·
·1532· 工程科学学报，第40卷，第12期 [学位论文].沈阳：沈阳航空航天大学，2014) temper on microstructure and mechanical properties of friction stir [16]Lu H J,Zhao YQ.Hu Y Y,et al.Microstructural characteris- processed Al-7B04 alloy.Mater Sci Eng A,2016.650:396 tics and mechanical properties of friction stir lap welding joint of [19]Arbegast WJ.Hartley P J.Friction stir weld technology develop- Alclad 7B04-T74 aluminum alloy.Int J Ade Manuf Technol, ment at Lockheed Martin Michoud space system-an overview 2015,78(9-12):1415 /ASM International,Trends in Welding Research.Cleveland, [17]Wang M,Zhang H J,Zhang J B,et al.Effect of pin length on 1999:541 hook size and joint properties in friction stir lap welding of 7B04 [20]Su JQ,Nelson T W,Mishra R,et al.Microstructural investiga- aluminum alloy.J Mater Eng Perform,2014,23(5):1881 tion of friction stir welded 7050-T651 aluminium.Acta Mater, [18]Chen Y,Ding H,Cai Z H,et al.Effect of initial base metal 2003,51(3):713
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