.1012. 北京科技大学学报 第30卷 这类构件的刚度，扩大其应用范围，考虑到成本等 态，厚度为1mm,其合金成分见表1. 因素，建材铝合金大都壁厚很小，因而给搅拌摩擦焊 表16061铝合金的化学成分（质量分数） 接技术的应用带来较大困难，也使得1mm铝合金 Table 1 Chemical composition of 6061 aluminum alloy% 薄板搅拌摩擦焊的需求更为迫切. Mg Si Fe Cu Mn Zn Ti Al 近年来，TWI继续将搅拌摩擦焊成功地应用于 1.060.690.70.150.150.250.15其余 超薄铝片的连接，并将之命名为“超微搅拌摩擦焊 (FSW或Micro-FSW)[8].据报道，TWI已经采 实验采用的焊接设备是中国搅拌摩擦焊中心生 用这项技术完成了厚度不到0.3mm的铝片完美的 产搅拌摩擦焊专用设备FSW一3TSO06,实验采用 搭接或点焊连接，同时还成功的实现了厚度为0.5 mm铝片的对接，焊接速度高达100~500mm· 圆柱型搅拌头，轴肩直径为10mm,搅拌针长 min1.中国搅拌摩擦焊中心成功实现了0.8mm铝 0.85mm,直径为3mm,焊接过程中设置搅拌头与 合金薄板的焊接]，而关于仰SW的公开文献， 竖直方向的倾斜角0为1.5°.采用不同工艺参数 Scialpi]对0.8mm2024T3和6082-T6薄板进行 (旋转速度、焊接速度等)对1mm6061一T6薄板进 了超微搅拌摩擦焊，并对其进行了力学性能分析· 行对接搅拌摩擦焊，以探索薄板焊接的技术条件， 李炼[山对1mm2024T4铝合金薄板搅拌摩擦焊接 用线切割的方法切取试样，分别进行强度、硬度、延 伸率等测试，研究其力学性能；并利用金相观察、扫 头进行了力学性能和微观组织的分析，本文利用厚 度为1mm606一T6铝合金，成功地进行了搅拌摩擦 描电镜以及透射电镜方法对6061铝合金搅拌摩擦 焊接头不同区域的微观组织结构进行分析，研究焊 焊接实验，并对焊缝进行了力学性能测试和微观组 织分析，在此实验的基础上，初步成功实现了铝合 接头不同区域组织结构的异同点，从而进一步探索 金框架的焊接 搅拌摩擦焊过程中材料的复杂变化， 在上述研究的基础上，设计专用卡具，对铝合金 1 实验方法 门窗构件进行了焊接，并取得了初步成功，如图1所 示 实验所用的6061铝合金为淬火十人工时效状 图1铝合金门窗构件焊接实物照片 Fig.1 6061 aluminum alloy window welded by FSW 于此搅拌头及焊接设备焊接1mm厚度606一T6铝 2实验结果与讨论 合金的FSW工艺参数范围，如图2所示， 2.11mm厚度606一T6铝合金FSW工艺 2.21mm厚度6061一T6铝合金SW接头的力学 实现材料焊接必须有一个最低的搅拌头旋转速 性能 度来使材料塑化.对1mm厚度6061T6铝合金的 (1)接头的硬度，选取相同的压入量6= 最低旋转速度是500rmin-1,而且，在一定的旋转 0.07mm,相同的预焊时间τ=16s,选取不同的旋转 速度下实现材料的连接有一个最高的焊接速度，在 速度及焊接速度进行搅拌摩擦焊，焊接后采用线切 n=500r·min1的情况下，这个焊接速度是 割方法截取试样，抛光后在Wilson Wolpert43OsVD 150 mm'min1.当焊接速度太大时，焊缝容易产生 数显维氏硬度计上进行硬度测试，加载为2.94N, “空洞”和“边缘缺陷”，通过大量实验，可以得到基 加载时间为10s,硬度测试结果如图3和图4所示.这类构件的刚度‚扩大其应用范围．考虑到成本等 因素‚建材铝合金大都壁厚很小‚因而给搅拌摩擦焊 接技术的应用带来较大困难‚也使得1mm 铝合金 薄板搅拌摩擦焊的需求更为迫切． 近年来‚T WI 继续将搅拌摩擦焊成功地应用于 超薄铝片的连接‚并将之命名为“超微搅拌摩擦焊 （μFSW 或 Micro-FSW）” ［8］．据报道‚T WI 已经采 用这项技术完成了厚度不到0∙3mm 的铝片完美的 搭接或点焊连接‚同时还成功的实现了厚度为0∙5 mm 铝片的对接‚焊接速度高达 100～500mm· min －1．中国搅拌摩擦焊中心成功实现了0∙8mm 铝 合金薄板的焊接［9］．而关于 μFSW 的公开文献‚ Scialpi ［10］对0∙8mm2024－T3和6082－T6薄板进行 了超微搅拌摩擦焊‚并对其进行了力学性能分析． 李炼［11］对1mm2024－T4铝合金薄板搅拌摩擦焊接 头进行了力学性能和微观组织的分析．本文利用厚 度为1mm6061－T6铝合金‚成功地进行了搅拌摩擦 焊接实验‚并对焊缝进行了力学性能测试和微观组 织分析．在此实验的基础上‚初步成功实现了铝合 金框架的焊接． 1 实验方法 实验所用的6061铝合金为淬火＋人工时效状 态‚厚度为1mm‚其合金成分见表1． 表1 6061铝合金的化学成分（质量分数） Table1 Chemical composition of 6061aluminum alloy ％ Mg Si Fe Cu Mn Zn Ti Al 1∙06 0∙69 0∙7 0∙15 0∙15 0∙25 0∙15 其余 实验采用的焊接设备是中国搅拌摩擦焊中心生 产搅拌摩擦焊专用设备 FSW－3TS－006‚实验采用 圆柱 型 搅 拌 头‚轴 肩 直 径 为 10mm‚搅 拌 针 长 0∙85mm‚直径为3mm．焊接过程中设置搅拌头与 竖直方向的倾斜角 θ为1∙5°．采用不同工艺参数 （旋转速度、焊接速度等）对1mm 6061－T6薄板进 行对接搅拌摩擦焊‚以探索薄板焊接的技术条件． 用线切割的方法切取试样‚分别进行强度、硬度、延 伸率等测试‚研究其力学性能；并利用金相观察、扫 描电镜以及透射电镜方法对6061铝合金搅拌摩擦 焊接头不同区域的微观组织结构进行分析‚研究焊 接头不同区域组织结构的异同点‚从而进一步探索 搅拌摩擦焊过程中材料的复杂变化． 在上述研究的基础上‚设计专用卡具‚对铝合金 门窗构件进行了焊接‚并取得了初步成功‚如图1所 示． 图1 铝合金门窗构件焊接实物照片 Fig．1 6061aluminum alloy window welded by FSW 2 实验结果与讨论 2∙1 1mm 厚度6061－T6铝合金 FSW 工艺 实现材料焊接必须有一个最低的搅拌头旋转速 度来使材料塑化．对1mm 厚度6061－T6铝合金的 最低旋转速度是500r·min －1．而且‚在一定的旋转 速度下实现材料的连接有一个最高的焊接速度‚在 n＝500 r·min －1 的 情 况 下‚这 个 焊 接 速 度 是 150mm·min －1．当焊接速度太大时‚焊缝容易产生 “空洞”和“边缘缺陷”．通过大量实验‚可以得到基 于此搅拌头及焊接设备焊接1mm 厚度6061－T6铝 合金的 FSW 工艺参数范围‚如图2所示． 2∙2 1mm厚度6061－T6铝合金 FSW 接头的力学 性能 （1） 接头的硬度．选取相同的压入量 δ＝ 0∙07mm‚相同的预焊时间τ＝16s‚选取不同的旋转 速度及焊接速度进行搅拌摩擦焊．焊接后采用线切 割方法截取试样‚抛光后在 Wilson Wolpert 430SVD 数显维氏硬度计上进行硬度测试‚加载为2∙94N‚ 加载时间为10s．硬度测试结果如图3和图4所示． ·1012· 北 京 科 技 大 学 学 报 第30卷