毕业论文设计搅拌摩擦焊接头电导率研究

1、目 录1前言11.1 选题的依据和意义11.2 国内外研究概况及发展趋势1搅拌摩擦焊的简介1搅拌摩擦焊接头区域分布2搅拌摩擦焊接头的缺陷特征及类型2涡流电导率检测法3搅拌摩擦焊无损检测的研究现状及发展趋势4课题研究内容62 试验条件及试验方法62.1试验条件62.2试验方法7检测试样的制备7电导率的测量8焊缝金相制备与显微观察83实验结果及分析93.1 CZ态LY12对接焊缝的电导率分布9焊缝组织变化对电导率分布的影响9未焊透焊缝电导率分布与无缺陷处的分布差异12厚度对电导率的影响12未焊透深度对电导率的影响123.2 CZ态与M态LY12对接焊缝的电导率分布133.3 CZ态LY12斜面对接

2、焊缝的电导率分布144结论17参考文献18致 谢201前言1.1 选题的依据和意义铝及铝合金具有比重小、导电性好、耐蚀性强、散热性能好、比强度高和易于进行多种加工等特点，使其在各行业得到广泛应用。在熔焊生产中，铝合金高温熔化状态时易吸附氢而导致凝固后产生气孔，并且易产生热裂纹，而且铝合金材料表面致密的氧化层以及弧焊过程中的较大变形等限制了材料进一步的推广应用。与常规熔焊相比，搅拌摩擦焊属固相焊接，焊缝区具有与母材一致的冶金组织，焊接过程中焊缝区的晶粒会得到细化，在某种程度上很好的解决了铝合金的焊接问题。搅拌摩擦焊缝区产生的缺陷具有明显的紧贴、细微和难检测的特点，目前对如何评定铝合金搅拌摩擦焊缝

3、成形质量尚缺乏一致的检测标准。推广铝合金搅拌摩擦焊在重要工业领域的应用，必须针对其焊缝存在的缺陷特征采取有效的无损检测方法，因而无损检测已成为近年来国外推广搅拌摩擦焊在重要工业领域中应用的重点研究课题1-4。目前在国内外，由于搅拌摩擦焊的应用还不广泛，搅拌摩擦焊的无损检测在技术上也处于缺陷表征与检测方法探索、技术积累阶段3，5-6。对于搅拌摩擦焊接头中的缺陷，目前通常采用X射线、和超声无损检测以及金相观察等方法进行检测。但这些检测方法所用设备一般都比较昂贵，而且携带不变，操作也比较复杂，对实际生产检测都带来了极大的不便。涡流电导率检测作为近年来发展的无损检测法，在检测设备及操作上存在极大的便利

4、，如果将其运用于铝合金搅拌摩擦焊焊缝质量的评估上，将是对搅拌摩擦焊焊缝检测的一个新的尝试。搅拌摩擦焊过程中，焊缝未焊透引起的材料连接不连续及焊接热过程和机械搅拌作用所引起的显微组织变化对电导率都有着很大的影响，因而可以通过测量焊缝区电导率的分布情况来评估该影响的大小。由于目前缺乏相应的电导率检测标准7，将电导率测量用于铝合金质量控制过程还需要大量的研究探索。如果能够从实验和理论结合上去探讨电导率对搅拌摩擦焊接头性能的影响，从而揭示该影响在实际检测中的应用，对电导率检测法在搅拌摩擦焊近表面缺陷的检测中的应用有着极其重要的作用。1.2 国内外研究概况及发展趋势搅拌摩擦焊的简介搅拌摩擦焊（Frict

5、ion Stir Welding简称FSW）是英国焊接研究所（The Welding Institute简称TWI）于1991年发明的一种固相连接技术。它采用特型搅拌头在待焊工件中旋转、摩擦产生热，并挤压以形成焊缝，属于一种新的固态连接方法，如图1-1。搅拌摩擦焊优于传统的氩弧焊，它不仅能完成材料的对接、搭接、丁字接等多种接头方式，而且还能用于高强铝合金、镁合金的焊接，提高了焊接接头的力学性能，并且排除了熔焊缺陷产生的可能性 8-15。 图1-1 FSW焊接原理示意图搅拌摩擦焊接头区域分布 搅拌摩擦焊过程中采用合适的焊接工艺参数，可以获得质量优良的搅拌摩擦焊缝。焊接后接头形成4种不同的区域16

6、：焊核区(weld nugget)，热机影响区 (thermomechanically affected zone简 称 TMAZ)，热影响区(heat-affected zone简称HAZ)和轴肩影响区(shou1der-affected zone简称 SAZ)，如图1-2所示。根据搅拌摩擦焊中焊缝两侧材料受力的不同，还可以将焊缝两侧分为前进边和返回边。前进边(advancing side简弥为AS)为搅拌头旋转方向与搅拌头前进方向一致的侧面，回撤边(retreating side简称为 RS)为搅拌头旋转方向与搅拌头行进方向相反的侧面。 图1-2 搅拌摩擦焊接头各区域分布搅拌摩擦焊接头的缺

7、陷特征及类型.1搅拌摩擦焊接头的缺陷特征搅拌摩擦焊接时，由于工艺参数不合适或意外因素的影响，在焊接过程中可能会产生焊接缺陷，已有的研究结果和应用实践表明，在搅拌摩擦焊接过程中可能产生的缺陷具有以下特征：（1）缺陷多位于焊缝区与母材连接界面区;（2）缺陷取向复杂，缺陷取向随着焊缝区与母材连接界面在搅拌过程中形成的流线生成和发展；（3）缺陷紧贴、细微，具有明显的面积取向 17。针对以上搅拌摩擦焊缝中可能产生的缺陷和其特征，需要研究合理的无损检测方法，解决焊缝区中的缺陷检测问题。.2搅拌摩擦焊接头的缺陷类型 近年来，国内外科研机构、高等院校对FSW工艺和接头组织性能进行了大量研究，从其研究结果来看，

8、搅拌摩擦焊接头中出现的缺陷主要以下几种18：（1）孔洞。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材料未完全闭合的现象；（2）飞边。通常由于压力过大而导致较多的塑性材料从轴肩两侧挤出形成的缺陷；（3）未焊合。焊缝底部未形成连接或不完全连接的“裂纹状”缺陷，在搭接或T形接头中，易出现一种被称之为残余界面线的缺陷，它也属于未焊合缺陷；（4）沟槽。搅拌头在对接表面机械搅动后未形成连接的一种严重缺陷；（5）其他缺陷。对接表面氧化膜在焊接过程中可能未被完全搅拌打碎，从而在焊缝中残留并呈半连续状分布，被称为“S线”或 “Z线”。涡流电导率检测法.1涡流电导率检测法的

9、基本原理当载有交变电流的检测线圈靠近有缺陷的金属构件时，由于线圈磁场的作用，构件中会感生出涡流，其大小、相位及流动形式受到构件性能(如存在电导率变化、裂纹)的影响；而交变的涡流又会产生反作用磁场，使得检测线圈的阻抗和电流发生变化19。因此，测定线圈阻抗和电流的变化，就可得出构件缺陷的存在情况。电导率由金属中的自由电子在正离子晶格点阵中的运动状况决定，其大小取决于金属晶格点阵中散射电子的能力及散射源的密度20，21。电导率对材料连接的不连续很敏感，焊接热过程造成的显微组织变化对材料的电导率影响也很大。不同组织状态对电子散射作用不同，特别是组织中的固溶体有序化后，晶体中的离子势场呈对称分布，电子散

10、射率会大为降低，电导率明显上升7。材料连接的不连续和组织状态与材料经历的焊接热过程是密切相关的，因此可以通过对材料电导率的测量来分析材料焊接过程中存在的缺陷。.2涡流电导率检测法的优点电导率是材料的重要物理性能之一，在其生产和研究中，经常需要测试电导率。结合强度试验，可评估产品其它性能和热处理状态；结合硬度试验，可对批量产品进行质量检验。涡流测试方法是无损检测铝合金电导率的基本方法。涡流电导仪是无损检测铝合金板材电导率的常用仪器，操作简单，测试可靠，不需要特殊加工试样，仅在试件的自然表面上找出一个能容下电导仪探头的平面，探头中心到边缘的距离不小于探头半径的3倍就能直接测试出试样的电导率22。因

11、此可知，涡流电导率检测法通过电磁感应的原理，将电导率数值化地表现出来，从而间接地判定材料是否存在焊接缺陷，具有操作方便、高效、准确等优点，对材料不会造成任何损伤，所以在对搅拌摩擦焊焊接接头的检测中具有特殊的优越性。.3涡流电导率测量的影响因素电导率涡流测量得主要影响因素有板材的厚度与宽度、材料或零件表面的覆盖层以及表面形状等。测量铝合金电导率时，每个对应的渗透频率都对应着一个有效渗透深度。对于铝合金板材，当厚度小于涡流的有效渗透深度时，受板材厚度的限制，涡流在板材中的分布不再遵循无穷大导电介质中的分布规律，因此对检测线圈的反作用磁场发生变化，导致涡流电导仪指示的电导率并不相同。同样，当检测线圈

12、置于宽度小于线圈涡流场作用范围的窄条材料或零件表面时，受边缘效应的影响，涡流场的分布也会发生畸变，出现仪器显示值与真实电导率不符的情况23。搅拌摩擦焊无损检测的研究现状及发展趋势 目前针对搅拌摩擦焊接头中的缺陷具有紧贴微细的特点，通常采用X射线、和超声无损检测以及金相观察等方法进行检测。刘松平等人17研究X射线和超声检测对FSW缺陷的检测能力和可检测性，并采取光学观察对无损检测结果和缺陷判别方法进行了验证和对比分析。结果表明，高分辨率超声发射法对搅拌摩擦焊接头微细缺陷有较好的检测能力，并研究了采用变入射角超声反射法解决搅拌摩擦焊焊缝区不同取向缺陷的无损检测。通过计算分析超声波在焊缝区的声波入射

13、角、缺陷取向和缺陷紧贴性对声波发射影响，确定入射声波的角度变化范围，通过改变入射角获取入射声波在缺陷处的最佳声学发射方向，提高了入射声波对不同取向缺陷的检出能力。A.JLeonard等人24也采用了X射线、超声无损检测以及金相观察的方法对FSW焊缝缺陷进行检测。王训宏等人25采用超声C扫描成像方法得到了1060铝合金的搅拌摩擦焊接头界面扫描图像，在焊接参数不合适时，发现在厚度方向越搅拌针底部区域，接头的焊合率越低。近期在国外，一些学者已经开始尝试利用电导率的测量来对搅拌摩擦焊接头质量进行评估。JENTEK Sensors公司26的开发出了一种特殊形式的涡流阵列探头MWM阵列探头，利用该探头可以

14、对焊缝近表面各点电导率进行测量以形成焊缝表面电导率分布图，并利用材料电导率与焊缝微观组织的关系进行焊缝缺陷探测及质量评估。该探头拥有一个螺旋的激励线圈绕组，穿插于激励绕组之间有多个用于检测磁通量变化率的检测元件。因为未焊透缺陷区域近表面层的电导率变化同其冶金学特征有着紧密的联系，Neil Goldfine等人利用MWM阵列探头对铝合金FSW焊缝背部的近表面电导率数据进行了采集，对焊缝根部近表面电导率分布图进行了分析，初步归纳了同种材料及异种材料FSW焊缝在质量情况良好、有未焊透缺陷时的焊缝电导率分布特征，如图1-3所示。 (a) (b) 图1-3 焊缝横截面方向的无缺陷的FSW焊缝近表面电导率

15、分布图（a） 和含1.27mm厚未焊透缺陷的近表面电导率分布图（b）在Neil Goldfine27的试验中，对于同种材料无缺陷FSW焊缝来说焊缝根部近表面的电导率分布，在动态再结晶区对应的位置，即焊缝中间部位有着一个较宽的、电导率相对较低的且与DXZ在焊根宽度相当的区域，同时在偏离该区域中心还存在一个电导率的最小值，而在DXZ对应的低电导区域的两端会出现对称的电导率的峰值，这两个峰值意味着DXZ组织向热机影响区的过渡；对于同种材料FSW有未焊透缺陷的焊缝的电导率分布，其DXZ对应的那个低电导率区域的宽度就会明显的变小，如果此时还有平面型缺陷的出现的话，在焊缝中心位置就会出现一个十分明显的电导

16、率的陡降。无缺陷的异种铝合金FSW焊根近表面电导率分布不像同种材料焊缝那样具有对称分布的特征，焊缝两边的母材的电导率总会有高低差别，在焊缝宽度范围内，电导率从高电导率材料一边开始较快的下降直至进入电导率相对较低的DXZ区域范围，在DXZ区域范围的被其两边的两个微小的电导率峰值所限制，这两个微小的电导率尖峰意味着焊缝从TMZ过渡到了热影响区；对于带有平面型缺陷的焊缝，其电导率的下降过程变得十分陡急，并且伴随着DXZ对应的低电导率区域宽度的减小。此外，将未焊透区域看作覆盖在DXZ区域上的一层覆膜，在焊缝深度方向上，DXZ区域与未焊透区域的交界处会有电导率的改变。不同激励频率可以获得不同深度电导率，

17、所以利用多频覆膜层表征算法可以对近表面区域未焊透区域的深度进行测量。此后，Neil Goldfine等人28与NASA及洛克希德马丁公司合作，利用为他们设计的专用MWM阵列探头及焊缝缺陷电导率分布特征对航天飞机外储箱的FSW焊缝进行了缺陷的检测，收到良好的效果，尤其是对未焊透缺陷，MWM阵列探头技术成为有效的探测工具。综上所述，对于搅拌摩擦焊缝的无损检测目前缺乏统一的检测标准，其检测方法的选用尚处于探索阶段。由于电导在测量设备和操作上的极大便利，如果能够探索出焊缝缺陷对焊缝近表面电导率分布的影响，对于使用电导率检测在搅拌摩擦焊缝质量的评估具有重要的意义。课题研究内容本课题主要研究搅拌摩擦焊背面

18、未焊透引起的焊缝电导率分布的变化。试验使用用涡流电导仪测量搅拌摩擦焊焊接接头的电导率，结合金相分析，找出焊缝组织与电导率的关系，测量FSW焊接缺陷的形貌特征对涡流法检测电导率的影响，并得出搅拌摩擦焊近表面未焊透特征与涡流电导率分布的规律。2 试验条件及试验方法2.1试验条件 试验选用LY12铝合金为试验材料，化学成分符合GB3190-82得标准要求，其成分组成如表2-1所示。制备同种材料未焊透试样的铝合金板材尺寸为300 mm×70mm×6mm，材料热处理状态为CZ态；制备异种状态未焊透试样的板材尺寸为300 mm×70mm×6mm，材料状态热处理状态分

19、别为M态和CZ态；制备不同方位的未焊透试样的板材尺寸为300 mm×70mm×4mm，材料热处理状态为CZ态。不同热处理状态LY12铝合金的电导率如表3-2所示。 表2-1 试验使用LY12铝合金化学成分化学元素 Cu Mg Mn Si Fe 含量（w/%） 3.84.9 1.21.8 0.30.9 0.5 0.5 表2-2 不同状态的LY12铝合金的电导率及硬度状态 电导率%IACS 电导率MS/m 洛氏硬度HRB M 46.551.5 27.029.9 - CZ 28.533.5 16.519.4 6382 CS 36.040.0 20.923.2 7686 试验采用的

20、搅拌摩擦焊机由 X53K 型立式铣床改装。此焊机的焊接速度可在 23.51180mm/min 范围内调节，搅拌头旋转速度可在 37.51500r/min 范围内调节，搅拌头的倾斜角度可任意调节。试验过程中，用夹具将试板固定在焊机的工作台上，搅拌头只做旋转运动，工件随着工作台的横向或纵向运动进行焊接。由于在搅拌摩擦焊过程中，搅拌头对工件有强烈的搅拌挤压作用，因此对工件的装夹要求较高，垫板表面必须平整，且具有较高的刚度；压板上相邻的螺栓紧固点距离不能太大，以免在安装夹紧时不能压紧试样。在焊接过程中，搅拌针的形状、搅拌头倾斜角、轴肩下压量直接影响到接头的成型质量。电导率测量所用设备为Hocking

21、NDT公司生产的Autosigma 3000DL电导率测量仪，渗透频率60KHz，检测探头根据检测面为平面选用耦合性很高的平探头，直径12.7mm。根据计算可以得出其涡流渗透深度为=0.5mm,有效影响深度取h=2.6为1.3mm。2.2试验方法检测试样的制备 搅拌摩擦焊接试样时选用正螺纹型的3mm长搅拌针的搅拌头进行搅拌摩擦焊接试验，搅拌头的倾斜角度为2°，搅拌头转速为750n/min,焊接速度为60mm/min,焊接时轴肩后端面下压量控制在0.1mm。选用同种状态LY12铝合金板搅拌摩擦焊进行对接，制备背面具有未焊透试样，将焊缝背面沿长度方向分成若干等宽度用铣床铣成阶梯面，用以制

22、备不同未焊透深度焊缝试样，如图2-1所示。选用同种状态LY12铝合金板作为材料，将对接面铣成斜面，制备两条条背面具有未焊透的斜焊缝试样，斜面对接角度a分别为：30o,60o，如图2-2所示。将焊好的试样打磨保持表面光滑。选用异种状态LY12铝合金板作为材料，进行异种材料的搅拌摩擦焊对接，制备一条背面具有未焊透的检测试样。图2-1 不同未焊透深度试样 图2-2 不同未焊透缺陷方位试样 电导率的测量对每块试样沿着其焊缝的横向及纵向每隔一定距离做标记，用涡流电导仪测量各标记点的电导率，并记录最后的电导率测量值，如图2-3所示。根据所测得的电导率测量值，绘制出每种试样的电导率分布图。 图2-3 标记测

23、量焊缝电导率示意图焊缝金相制备与显微观察 在试验所用焊缝区取样，对所取试样进行镶嵌、抛光处理，用Keller试剂（化学成分见表2-3）腐蚀约60S，在光学显微镜下观察组织，并拍摄宏观以及微观组织图，用以分析组织不同对电导率的影响。表2-3 Keller试剂化学成分试剂名称H2OHNO3HClHF含量/ml95.02.51.51.03实验结果及分析3.1 CZ态LY12对接焊缝的电导率分布图3-1是CZ态LY12铝合金搅拌摩擦焊对接接头无缺陷处，焊缝横向的电导率分布。由图可看出，在焊缝中心附近存在一个较宽的、电导率相对较低的区域，距离焊缝两边延伸，低电压区的两端就会出现电导率的峰值，且相对与焊缝

24、中心近似对称分布，继续远离焊缝中心，两侧电导率从峰值下降至母材电导率。 图3-1 CZ态LY12铝合金无缺陷处焊缝横截面方向电导率分布焊缝组织变化对电导率分布的影响采用锥形带螺纹搅拌摩擦焊接LY12铝合金的接头微观组织如图3-2所示。从图中可以看出，接头各区域组织与母材存在较大的差异。焊核区位于接头的中心，该区由于受到搅拌针的强烈搅拌作用，经历了较高温度的热循环，组织发生动态再结晶，由母材原始的板条状组织(图3-2（d）)转变为细小的再结晶组织（图3-2（a）。影响焊核区电导率的主要有两个因素，一方面焊核区的动态再结晶过程消除了形变造成的点阵畸变和晶体缺陷，从而降低了自由电子的散射率，使电导率

25、上升；另一方面，热循环和强烈的搅拌作用转化形成的等轴细小晶粒，使得晶界数量显著增多，对自由电子产生了一定阻碍作用，降低了电导率。因此，由于两种因素的共同影响，焊核区电导率呈现出高于母材区又略低于两侧的热机影响区。 热机影响区的组织在焊接过程中同时经受搅拌针的机械搅拌和焊接热循环的双重作用，但是由于位置上，热机影响区距离搅拌针较远，受到搅拌针作用远小于焊核区组织。因此，这部分材料发生了较大程度的弯曲变形，并且局部区域在热循环的作用下发生回复反应，在板条状组织内形成了回复组织，见图3-2（b）。热机影响区位于焊核区两侧，从组织图可以看出，该区域较强的焊接热作用使得铝合金大部分可溶性成分从固溶体中析

26、出，固溶体完成有序化，对自由电子的散射率显著降低，电导率上升。局部区域的回复也降低了点缺陷浓度，也导致了电导率的上升。弯曲变形带来的一些位错对电子的阻碍作用很小，所以对电导率影响并不大。综合上述因素，热机影响区在整个焊缝接头区表现出很高的电导率。热影响区组织在焊接过程中仅仅受到热循环作用，该区组织没有发生形变，其经受的焊接热作用也比焊核区弱，仅仅发生回复反应，相对于母材，该区组织稍微有粗化现象，见图3-2（c）。较大区域的回复反应，显著的降低了热影响区的点缺陷浓度，并且略为粗大的晶粒也在一定程度上降低了散射率，从而提高了电导率。沿着远离焊缝中心区，热影响也越来越弱，电导率也会逐渐降低。 (a)

27、 焊核 (b)热机影响区 (c)热影响区 (d )母材 图3-2 搅拌摩擦焊接头各组织区域微观形貌 通过无缺陷处焊缝横截面方向电导率分布以及结合组织对电导率分布的影响，可知焊缝中心的动态再结晶区对应着焊缝中心的低电导率区域，动态结晶区两侧的微小峰值意味着动态结晶区向着热机影响区的过渡，两侧较为远离焊缝的电导率一直降低的区域对应着热影响区。图3-3及图3-4 分别是CZ态LY12搅拌摩擦焊1.54mm未焊透和2.19mm未焊透焊缝试样的焊缝横截面方向电导率分布。在焊缝中心区同样存在一个低电导率区域，低电导率区两侧也会出现电导率的最高值。但与CZ态无缺陷处的焊缝电导率分布相比，有未焊透的焊缝的中心

28、会出现焊缝区电导率的最低值，从焊缝电导率峰值到焊缝中心电导率会出现急剧陡降，并且焊缝中心的低电导率区宽度会有着明显的变小。从两种不同深度的未焊透试样的电导率分布对比，可以发现未焊透深度越深，焊缝中心的电导率会越低。图3-3 CZ态LY12铝合金1.54mm未焊透焊缝横截面方向电导率分布图3-4 CZ态LY12铝合金2.19mm未焊透焊缝横截面方向电导率分布未焊透焊缝电导率分布与无缺陷处的分布差异 在具有未焊透焊缝的电导率测量时，涡流的有效渗透区域并非焊核区，而主要是位于焊核区下方的未焊透区，其微观组织行貌如图3-5所示。该未焊透区域材料在焊接过程中受搅拌针的搅拌以及焊接热循环的双重作用，区域组

29、织变化近似于热机影响区，因而表现出很高的电导率，但是由于焊缝中心材料连接不连续，严重的阻碍了自由电子的通过，使得焊缝中心区出现一个电导率的最低值，并且也带来了焊缝中心区附近电导率的陡降。所以未焊透焊缝的焊缝中心的低电导区总比无缺陷焊缝的宽度要窄，电导率由峰值到低电导区的下降幅度更大。 图3-5 未焊透区域附近的微观组织形貌 厚度对电导率的影响 LY12铝合金板材不同厚度的电导率值测量结果如表3-1所示。由表3-1可知，在该试验厚度范围内，厚度对于电导率几乎不产生影响，消除了厚度引起电导率变化给试验带来的影响因素。表3-1 LY12铝合金不同厚度板材电导率值板材厚度（mm） 3.0 3.5 4.

30、0 4.5 5.0 5.5 电导率（MS/m） 17.1 17.1 17.1 17.0 16.9 16.9 表中数据为对应厚度下电导率的平均值未焊透深度对电导率的影响图3-6和图3-7分别是CZ态LY12铝合金搅拌摩擦焊缝1.54mm未焊透和2.19mm未焊透的接头宏观形貌。对于CZ态LY12铝合金不同深度的未焊透焊缝，其接头电导率分布也比较相似，只是在焊缝中心区最低电导率值有所不同。表3-2是不同深度未焊透接头的焊缝中心的电导率对比，同样可以看出，未焊透越深，焊缝中心电导率越低。这主要是由于更深的未焊透对自由电子运动的阻碍区域更大，因而对自由电子的阻碍作用也更强，而使得其呈现出更低的电导率值

31、。 表3-2 不同未焊透深度焊缝中心的电导率对比未焊透深度（mm) 各测量点的电导率（MS/m） 电导率平均值（MS/m） 1.54 17.2 16.2 16.0 16.5 16.3 16.7 2.19 14.5 14.2 13.8 13.5 14.1 14.0 图3-6 1.54mm深度未焊透焊接接头宏观形貌 图3-7 2.19mm深度未焊透焊接接头的宏观形貌3.2 CZ态与M态LY12对接焊缝的电导率分布图3-8是CZ态与M态LY12对接焊缝未焊透处的焊缝横截面方向电导率分布。这种异种状态LY12焊缝的电导率分布并不像同种状态材料焊缝那样呈对称分布的特征，两边的母材及其它组织区域都存在电导

32、率的高低差异。在M态的焊缝一侧，焊缝从低电导率区上升到最高电导率值后，就几乎不发生电导率的变化。而在CZ一侧焊缝呈现出与同种材料对接焊缝电导率分布有着相同的变化。 图3-8 CZ态与M态LY12对接2.2mm未焊透焊缝横截面方向电导率分布LY12铝合金在完全退火状态下（M态），合金中存在粗大而分散的强化相及无畸变的再结晶组织时，电导率处在最高值。而在淬火及自然时效处理（CZ态）时，基体中过饱和的固溶体发生沉淀强化效应，电导率达到最低值。 图3-9为CZ态与M态LY12铝合金对接焊缝焊核区下部的未焊透区域组织的微观形貌。从图中可以看出，左侧的M态固容体已经完成了有序化，右侧的CZ态一些强化相溶入

33、了固溶体，引起基体的一些点阵畸变。对于M态材料其本身就存在较少的点缺陷，在热机影响区、热影响区及未焊透区的一些回复作用，也能降低点缺陷浓度。因此，在M态一侧电导率值在一定区域内几乎不发生变化，从高电导区到焊缝中心未焊透处会发生电导率的陡降。由于CZ一侧组织变化与同种CZ材料对接焊缝相似，其电导率分布规律也与同种CZ材料对接焊缝相似。 图3-9 CZ态与M态LY12对接焊缝未焊透区域组织微观形貌3.3 CZ态LY12斜面对接焊缝的电导率分布 图3-10和3-11分别是CZ态LY12不同对接面角度=30o及=60o时焊缝横截面方向电导率分布。与直角对接未焊透焊缝电导率分布相比，不同对接角度的焊缝电

34、导率在焊缝中心两侧的分布也呈现出不对称分布。低电导率大部分位于具有未焊透的一侧，并且在未焊透处存在一个电导率的最低值。在焊缝的另一侧，电导率的分布与有未焊透的直角对接焊缝电导率分布相似。图3-12及图3-13分别是对应的对接角度的未焊透焊缝宏观形貌图，由图可以看出未焊透所在的位置及角度。图3-10 CZ态LY12对接角=30o焊缝横截面方向电导率分布 图3-11 CZ态LY12对接角=60o焊缝横截面方向电导率分布 图3-12 对接角=30o时未焊透焊缝的宏观形貌 图3-13 对接角=60o时未焊透焊缝的宏观形貌 从图3-14和图3-15两种对接角度下的未焊透的焊缝未焊透区的微观组织可以看出，

35、该焊缝与直角对接的未焊透焊缝有着相似的组织分布。由于在未焊透一侧，材料连接不连续，对自由电子的运动产生了严重阻碍作用，导致了电导率的降低。在焊缝的未焊透处，影响自由电子运动的区域在体积上达到最大值，从而使得在该处会出现电导率的最低值。受着不对称的未焊透影响，不同方位未焊透焊缝的电导率分布就呈现出不对称的分布，其低电导率区就会偏向受未焊透影响较大的区域。因此，在不同方位的未焊透焊缝的电导率最低值不是出现在焊缝中心，而是在表面未焊透处。 通过对对接角为=30o及=60o两种不同对接角焊缝电导率分布的对比，可以发现两种焊缝电导率分布比较相似，但焊缝中心和未焊透处其电导率值都存在较大的差异。通过图3-

36、14和图3-15两种不同方位未焊透焊缝的未焊透区域组织微观形貌图，可以看出两种焊缝在该区域的组织有着一致性，而该未焊透区域正是影响涡流渗透的主要区域，因而可以得出导致这两种焊缝电导率分布不同的主要因素是两种焊缝未焊透方位的不同。在相同的未焊透深度下，不同对接角度使得阻碍自由电子运动的区域也存在较大的差异。在表面未焊透处，对接面对接角度越小，同种未焊透深度下阻碍电子运动的区域越大，因而其在该未焊透处的电导率也会越低。 图3-14 对接角度=30o未焊透焊缝的未焊透区域组织微观形貌 图3-15 对接角度=60o未焊透焊缝的未焊透区域组织微观形貌4结论通过测量LY12铝合金不同试样的焊缝电导率值，绘

37、制焊缝电导率分布图，结合金相观察和组织分析，得到以下几个结论：（1）在CZ态LY12不同未焊透深度焊缝无缺陷处，焊核的动态结晶区对应位置即焊缝中心附近有着一个相对较宽、电导率较低的与动态结晶区宽度相当的区域。在低电导区的两端会出现对称的电导率微小峰值，这两个峰值意味着动态结晶区向热机影响区的过渡。沿着焊缝中心区向焊缝两侧延伸，材料电导率在热机影响区达到最高值，而在热影响区范围内电导率逐渐下降，直到降低达到母材的电导率值。对于有未焊透缺陷的焊缝，焊缝中心附近的低电导区域的宽度会有着明显的变小，从峰值到焊缝中心会出现电导率的陡降。并且未焊透的深度越深，焊缝中心电导率的最低值越低。（2）CZ态与M态

38、LY12对接的未焊透焊缝的电导率分布并不像CZ态对接焊缝那样焊缝两侧电导率呈对称分布的特征，这类焊缝位于焊缝中心两侧的母材和其它组织区域都存在电导率的高低差异。在焊缝的M态一侧电导率会较快的下降直到进入低电导区域，在焊缝的CZ态一侧呈现出与CZ态材料对接焊缝相同的变化规律。（3）CZ态LY12斜面对接未焊透焊缝与一般的直角对接未焊透焊缝电导率分布相比，其电导率在焊缝中心两侧的分布也呈现出不对称分布，其焊缝的最低值出现在表面未焊处。焊缝的低电导率区在具有未焊透的一侧分布宽度较大，焊缝另一侧的电导率与一般直角对接未焊透焊缝有着相似的分布。并且对接斜面的对接角越小，焊缝电导率最低值越低。参考文献1

39、任淑荣，马宗义，陈礼清.搅拌摩擦焊接及其加工研究现状与展望J.材料导报，2007，21（1）：87.2 Shepherd G. The evaluation of friction stir welded joint on airbus aircraft wing structureJ. 4th International Symposium on Friction Stir Welding, Part City, Utah, USA, 2003.3 Bird C.Quality control of friction stir welds by the application of non-

40、destructive testingJ. 4th International Symposium on Friction Stir Welding,Part City,Utah,USA,2003.4 Posada M, Ddloach J, Reynolds A P, et al.Evaluation of friction stir weld HSLA-65J. 4th International Symposium on Friction Stir Welding, Part City,Utah,USA,2003.5 Ekman L, Norlin A, Backlund J. Eval

41、uation of weld quality when using run-on/run-off tabs in FSWJ.Gothenburg,Sweden,2000.6 AndréLamarre, Michael Moles. Ultrasonic phased array inspection technology for the evaluation of friction stirJ. 15th World Conference on Nondestructive Testing, Roma, Italy, 2000.7 周志平，周志雄.涡流电导率检测飞机结构烧伤的试验研究J宇航材料工艺，2005，(3)：58.8 姚君山，张彦华，王国庆，等搅拌摩擦焊技术研究进展J宇航材料工艺，2003，(4)： 24.9 范平章搅拌摩擦焊在航天工业中的应用与发展J航天制造技术，2003，6(3)：32.10 何建军，刘明宇，杨宗辉. 搅拌头一搅拌摩擦焊的心脏J电焊机，2004，34(1)：24.11 王元良，周有龙，胡久富，等解决运载