不同工具针设计对摩擦搅拌焊接的类似AA5754合金板材的微观结构、微观纹理与其力学性能和成形性能的影响研究

《Welding in the World》：Correlation of microstructure and micro-texture with the mechanical and formability behavior of friction stir welded similar AA5754 sheets using different tool pin designs

摩擦搅拌焊接中不同工具头设计对AA5754铝板焊接质量的影响研究。采用常规圆柱、双针、梯形方针三种工具头，在相同转速（1200rpm）和焊接速度（150mm/min）下进行焊接，发现常规工具头焊接件机械性能最优，双针和梯形方针因气孔、裂纹等缺陷导致早期失效，微观结构分析表明织构类型和晶粒分布影响显著。

　　

摘要

摩擦搅拌焊接（FSW）在汽车和航空航天工业中得到广泛应用，用于制造缺陷较少且成形性更好的焊接接头。焊接质量取决于关键参数，如工具旋转速度、焊接速度、轴向力和工具销的形状。本研究评估了不同工具销设计（传统圆柱形销、新型双销和锥形方形销）对FSW焊接的AA5754合金板材的机械性能、成形性、微观结构和组织的影响。每种工具设计均采用恒定的1200 rpm旋转速度和150 mm/min的行进速度。拉伸试验（ASTM E8）结果显示，传统圆柱形销具有最高的强度和延展性，而锥形方形销的强度和延展性最低。尽管有文献表明双销和锥形方形销设计具有更好的性能，但隧道状缺陷、空洞和裂纹等缺陷导致了早期失效。宏观结构分析证实，双销和锥形方形销试样中存在明显的缺陷形成，而传统圆柱形销则保证了更好的材料完整性。显微硬度测试显示双销试样的硬度分布均匀。Erichsen杯形试验表明，成形性趋势与拉伸试验所得的相应伸长率一致。对搅拌区（SZ）和接近失效区域的EBSD分析发现，传统圆柱形销形成了细小且高度各向异性的（<001>方向）晶粒，从而增强了接头强度；相比之下，锥形方形销产生了不均匀的晶粒结构，促进了过早失效。双销和锥形方形销试样的成形性受限，这与它们主要具有立方体纹理（Cube texture）且缺乏Goss纹理有关，这种纹理导致了局部应力集中，加速了失效过程。