双轴肩搅拌摩擦焊连接H62黄铜的微观组织与性能研究：一项填补技术空白的创新工作

《Materials Today Communications》：Microstructure and properties of bobbin tool friction stir welded H62 brass joints

本文首次成功将双轴肩搅拌摩擦焊（BT-FSW）应用于H62黄铜连接，突破了传统FSW存在的根部缺陷和垫板依赖限制。研究通过温度场监测、微观组织（包括β′相析出）分析和力学性能测试，发现焊核区晶粒细化（112.9HV→119 HV），接头强度（410.06 MPa）和延伸率（45.64%）均超过母材，腐蚀性能呈现区域性差异。该工作为铜合金固相连接提供了新方案。

　　

^Highlight

^实验方法

本研究采用4毫米厚H62黄铜板，其化学成分和力学性能分别列于表1和表2。焊接实验在FSW-LM-AL-16–2D焊机上使用自主设计的双轴肩工具完成。该工具由H13模具钢制造，搅拌针采用特种高温合金钢。上下轴肩直径均为16毫米，采用螺旋渐开线轮廓设计。

^温度场

图4(a)(b)分别展示了H62黄铜在1200转/分和50毫米/分参数下进行双轴肩搅拌摩擦焊（BT-FSW）时前进侧（AS）和返回侧（RS）记录的热循环曲线。可见所有测温点均呈现先缓慢升温至峰值后平稳下降的趋势。由于H62黄铜优良的导热性，温度降至一定阶段后曲线变化趋于平缓。定量结果显示前进侧峰值温度约552°C，显著高于返回侧的409°C，这种差异源于两侧不同的剪切应力作用。

^结论

本研究成功通过BT-FSW工艺（1200转/分，50毫米/分）获得优质H62黄铜接头，并对接头的温度场分布、宏观形貌、微观组织及多项性能进行系统分析，主要发现如下：

(1) 热分析：热循环呈现缓慢升降温特征，前进侧因更高剪切应力呈现更高峰值温度

(2) 微观组织