D0I:10.13374/1.issm100103.2008.09.008 第30卷第9期 北京科技大学学报 Vol.30 No.9 2008年9月 Journal of University of Science and Technology Beijing Sep·2008 6061一T6铝合金薄板的搅拌摩擦焊接 佟建华)李炼2)邓冬)万发荣1) 1)北京科技大学材料科学与工程学院，北京1000832)苏州有色金属研究院，苏州215021 3)北京市新能源材料与技术重点实验室，北京100083 摘要采用搅拌摩擦焊(FSW)技术对1mm厚6061-T6铝合金薄板进行了对接.研究了焊接工艺参数的范围，实验测试了 焊接接头的强度、硬度和延伸率，利用金相显微镜、扫描电镜和透射电镜分析了接头的微观组织.结果表明：对于1mm厚度 6061-T6铝合金，FSW的最优工艺参数为旋转速度1800rmim-1,焊接速度1000 mm'min1:在此参数下，接头的硬度值达到 母材的80%左右，抗拉强度达到母材的103%，延伸率达到母材的54%；接头的力学性能与微观结构相符 关键词铝合金薄板；搅拌摩擦焊；微观组织；力学性能 分类号TG146.2+1;TG456.9 Friction stir welding of 6061-T6 aluminum alloy thin sheets TONG Jianhua,LI Lian).DENG Dong,WAN Farong3) 1)School of Materials Science and Engineering.University of Science and Technology Beijing.Beijing 100083.China 2)Swzhou Research Institute of Nonferrous Metals,Suzhou 215021.China 3)Beijing Key Lab for New Energy Materials and Technology.Beijing 100083,China ABSTRACT 6061-T6 aluminum alloy thin sheets of 1mm in thickness were welded by friction stir welding.Process parameters for the welding were investigated,and the mechanical properties of the welded joint such as Vickers hardness,tensile strength and elon- gation were tested.Metallographic microscope.SEM and TEM were used to analyze the microstructure of the welded joint.The re- sult shows that for 606T6aluminum alloy thin sheets of Imm in thickness,the best welding condition is the rotating speed of 1800 r'min and the welding speed of 1000mmmin.Under this condition,the Vickers hardness,tensile strength,and elongation of the joint are about 80%.103%,and 54%as large as those of parent material,respectively.These mechanical properties are in a- greement with the microstructure. KEY WORDS aluminum alloy thin sheets:friction stir welding:microstructure:mechanical properties 铝合金常用的焊接方法是钨极惰性气体保护焊 时的各种缺陷，焊缝成形较好3，特别适用于铝合 (TIG焊)和熔化极惰性气体保护焊(MIG焊)·但 金的焊接， 这些方法存在着很多焊接问题，如气孔或裂纹的存 对于6061铝合金的搅拌摩擦焊接已有一些报 在山.20世纪90年代初，英国焊接研究所(TWI) 道)]，这些研究都基于较厚板材，没有见到薄板 发明了一种新型的焊接方法一搅拌摩擦焊 (lmm厚)的焊接报道，由于厚度为lmm薄板的尺 (friction stir welding,FSW),并得到了广泛的关 寸过于偏小，形成有效的塑性金属流动区的可用空 注和应用.与传统熔化焊相比，FSW的接头具有晶 间很小，再加上薄板对接时难以对齐等因素，使得薄 粒细小以及疲劳性能、拉伸性能和弯曲性能良好的 板焊接存在一定的难度.同时，6061铝合金多用于 优点；F$W焊接过程无飞溅、无烟尘和无气孔，不需 门窗建材，而这些门窗铝合金构件目前都是采用螺 添加焊丝和保护气体，是一种清洁加工制造技术；由 栓或铆钉连接，因此构件的刚度很低，如果能够采 于接头部位不存在金属的熔化过程，故不存在熔焊 用搅拌摩擦焊技术焊接铝合金门窗构件，将能增大 收稿日期：2007-09-06修回日期：2007-12-07 作者简介：佟建华(1984一)，男，硕士研究生：万发荣(l955一)，男，教授，博士生导师，E-mail:wanfr@mater.ustb-edu.cn6061－T6铝合金薄板的搅拌摩擦焊接 佟建华1） 李 炼1‚2） 邓 冬1） 万发荣1‚3） 1） 北京科技大学材料科学与工程学院‚北京100083 2） 苏州有色金属研究院‚苏州215021 3） 北京市新能源材料与技术重点实验室‚北京100083 摘 要 采用搅拌摩擦焊（FSW）技术对1mm 厚6061－T6铝合金薄板进行了对接．研究了焊接工艺参数的范围‚实验测试了 焊接接头的强度、硬度和延伸率‚利用金相显微镜、扫描电镜和透射电镜分析了接头的微观组织．结果表明：对于1mm 厚度 6061－T6铝合金‚FSW 的最优工艺参数为旋转速度1800r·min －1‚焊接速度1000mm·min －1；在此参数下‚接头的硬度值达到 母材的80％左右‚抗拉强度达到母材的103％‚延伸率达到母材的54％；接头的力学性能与微观结构相符． 关键词 铝合金薄板；搅拌摩擦焊；微观组织；力学性能 分类号 TG146∙2＋1；TG456∙9 Friction stir welding of6061－T6aluminum alloy thin sheets T ONG Jianhua 1）‚LI Lian 1‚2）‚DENG Dong 1）‚W A N Farong 1‚3） 1） School of Materials Science and Engineering‚University of Science and Technology Beijing‚Beijing100083‚China 2） Suzhou Research Institute of Nonferrous Metals‚Suzhou215021‚China 3） Beijing Key Lab for New Energy Materials and Technology‚Beijing100083‚China ABSTRACT 6061－T6aluminum alloy thin sheets of 1mm in thickness were welded by friction stir welding．Process parameters for the welding were investigated‚and the mechanical properties of the welded joint such as Vickers hardness‚tensile strength and elon￾gation were tested．Metallographic microscope‚SEM and T EM were used to analyze the microstructure of the welded joint．T he re￾sult shows that for6061－T6aluminum alloy thin sheets of1mm in thickness‚the best welding condition is the rotating speed of1800 r·min －1and the welding speed of 1000mm·min －1．Under this condition‚the Vickers hardness‚tensile strength‚and elongation of the joint are about 80％‚103％‚and54％ as large as those of parent material‚respectively．T hese mechanical properties are in a￾greement with the microstructure． KEY WORDS aluminum alloy thin sheets；friction stir welding；microstructure；mechanical properties 收稿日期：2007－09－06 修回日期：2007－12－07 作者简介：佟建华（1984－）‚男‚硕士研究生；万发荣（1955－）‚男‚教授‚博士生导师‚E-mail：wanfr＠mater．ustb．edu．cn 铝合金常用的焊接方法是钨极惰性气体保护焊 （TIG 焊）和熔化极惰性气体保护焊（MIG 焊）．但 这些方法存在着很多焊接问题‚如气孔或裂纹的存 在［1］．20世纪90年代初‚英国焊接研究所（T WI） 发明 了 一 种 新 型 的 焊 接 方 法－－－搅 拌 摩 擦 焊 （friction stir welding‚FSW） ［2］‚并得到了广泛的关 注和应用．与传统熔化焊相比‚FSW 的接头具有晶 粒细小以及疲劳性能、拉伸性能和弯曲性能良好的 优点；FSW 焊接过程无飞溅、无烟尘和无气孔‚不需 添加焊丝和保护气体‚是一种清洁加工制造技术；由 于接头部位不存在金属的熔化过程‚故不存在熔焊 时的各种缺陷‚焊缝成形较好［3－4］‚特别适用于铝合 金的焊接． 对于6061铝合金的搅拌摩擦焊接已有一些报 道［5－7］．这些研究都基于较厚板材‚没有见到薄板 （1mm 厚）的焊接报道．由于厚度为1mm 薄板的尺 寸过于偏小‚形成有效的塑性金属流动区的可用空 间很小‚再加上薄板对接时难以对齐等因素‚使得薄 板焊接存在一定的难度．同时‚6061铝合金多用于 门窗建材‚而这些门窗铝合金构件目前都是采用螺 栓或铆钉连接‚因此构件的刚度很低．如果能够采 用搅拌摩擦焊技术焊接铝合金门窗构件‚将能增大 第30卷 第9期 2008年 9月 北 京 科 技 大 学 学 报 Journal of University of Science and Technology Beijing Vol．30No．9 Sep．2008 DOI:10．13374／j．issn1001－053x．2008．09．008