【正文】 6和圖 37分別是 CZ態(tài) LY12鋁合金攪拌摩擦焊 縫 未焊透的接頭宏觀形貌。 圖 35 未焊透區(qū)域附近的微觀組織形貌 厚度對(duì)電導(dǎo)率的影響 LY12 鋁合金板材不同厚度的電導(dǎo)率值測(cè)量結(jié)果如表 31 所示。該未焊透區(qū)域材料在焊接過(guò)程中受攪拌針的攪拌以及焊接熱循環(huán)的雙重作用，區(qū)域組織 變化近似于熱機(jī)影響區(qū)，因而表現(xiàn)出很高的電導(dǎo)率，但是由于焊縫中心材料連接不連續(xù)，嚴(yán)重的阻礙了自由電子的通過(guò)，使得焊縫中心區(qū)出現(xiàn)一個(gè)電導(dǎo)率的最低值，并且也帶來(lái)了焊縫中心區(qū)附近電導(dǎo)率的陡降。從兩種不同深度的未焊透試樣的電導(dǎo) 率分布對(duì)比，可以發(fā)現(xiàn)未焊透深度越深，焊縫中心的電導(dǎo)率會(huì)越低。在焊縫中心區(qū)同樣存在一個(gè)低電導(dǎo)率區(qū)域，低電導(dǎo)率區(qū)兩側(cè)也會(huì)出現(xiàn)電導(dǎo)率的最高值。 (a) 焊核 (b)熱機(jī)影響區(qū) (c)熱影響區(qū) (d )母材 南昌航空大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 11 圖 32 攪拌摩擦焊接頭各組織區(qū)域微觀形貌 通過(guò)無(wú)缺陷處焊縫橫截面方向電導(dǎo)率分布以及結(jié)合組織對(duì)電導(dǎo)率分布的影響，可知焊縫中心的動(dòng)態(tài)再結(jié)晶區(qū)對(duì)應(yīng)著焊縫中心的低電導(dǎo)率區(qū)域，動(dòng)態(tài)結(jié)晶區(qū)兩側(cè)的微小峰值意味著動(dòng)態(tài)結(jié)晶區(qū)向著熱機(jī)影響區(qū)的過(guò)渡，兩側(cè)較為遠(yuǎn)離焊縫的電導(dǎo)率一直降低的區(qū)域?qū)?yīng)著熱影響區(qū)。較大區(qū)域的回復(fù)反應(yīng)，顯著的降低了熱影響區(qū)的點(diǎn)缺陷濃度，并且略為粗大的晶粒也在一定程度上降低了散射率，從而提高了電導(dǎo)率。綜合上述因素，熱機(jī)影響區(qū)在整個(gè)焊縫接頭區(qū)表現(xiàn)出很高的電導(dǎo)率。局部區(qū)域的回復(fù)也降低了點(diǎn)缺陷濃度，也導(dǎo)致了電導(dǎo)率的上升。因此，這部分材料發(fā)生了較大程度的彎曲變形，并且局部區(qū)域在熱循環(huán)的作用下發(fā)生 回復(fù)反應(yīng) ，在板條狀組織內(nèi)形成了回復(fù)組織，見(jiàn)圖 32（ b）。因此，由于兩種因素的共同影響，焊核區(qū)南昌航空大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 10 電導(dǎo)率呈現(xiàn)出高于母材區(qū)又略低于兩側(cè)的熱機(jī)影響區(qū)。焊核區(qū)位于接頭的中心，該區(qū)由于受到攪拌針的強(qiáng)烈攪拌作用，經(jīng)歷了較高溫度的熱循環(huán)，組織發(fā)生動(dòng)態(tài)再結(jié)晶，由母材原始的板條狀組織 (圖 32（ d） )轉(zhuǎn)變?yōu)榧?xì)小的再結(jié)晶組織（圖 32（ a））。 圖 31 CZ態(tài) LY12鋁合金無(wú)缺陷處焊縫橫截面方向電導(dǎo)率分布 焊縫組織變化對(duì)電導(dǎo)率分布的影響 采用錐形帶螺紋攪拌摩擦焊接 LY12 鋁合金的接頭微觀組織如圖 32 所示。 表 23 Keller試劑化學(xué)成分 試劑名稱 H2O HNO3 HCl HF 含量 /ml 3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析 CZ態(tài) LY12對(duì)接焊縫的電導(dǎo)率分布 圖 31是 CZ態(tài) LY12鋁合金攪拌摩擦焊對(duì)接接頭無(wú)缺陷處，焊縫橫向的電導(dǎo)率分布。根據(jù)所測(cè)得的電導(dǎo)率測(cè)量值，繪制出每種試樣的電導(dǎo)率分布圖。 選用異種狀態(tài) LY12 鋁合金板作為材料，進(jìn)行異種材料的攪拌摩擦焊對(duì)接，制備一條背面具有未焊透的檢測(cè)試樣。 選用同種狀態(tài) LY12 鋁合金板作為材料，將對(duì)接面銑成斜面，制備兩條條背面具有未焊透的斜焊縫試樣，斜面對(duì)接角度 a分別為： 30o,60o，如圖 22 所示。攪拌頭轉(zhuǎn)速為 750n/min,焊接速度為 60mm/min,焊接時(shí)軸肩后端面下壓量控制在 。根據(jù)計(jì)算可以得出其渦流滲透深度為δ =,有效影響深度取 h=。在焊接過(guò)程中，攪拌針的形狀、攪拌頭傾斜角、 軸肩下壓量直接影響到接頭的成型質(zhì)量。試驗(yàn)過(guò)程中，用夾具將試板固定在焊機(jī)的工作臺(tái)上，攪拌頭只做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，工件隨著工作臺(tái)的橫向或縱向運(yùn)動(dòng)進(jìn)行焊接。 表 21 試驗(yàn)使用 LY12鋁合金化學(xué)成分 化學(xué)元素 Cu Mg Mn Si Fe 含量（ w/%） ～ ～ ～ ≤ ≤ 南昌航空大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 7 表 22 不同狀態(tài)的 LY12鋁合金的電導(dǎo)率及硬度 狀態(tài) 電導(dǎo)率 %IACS 電導(dǎo)率 MS/m 洛氏硬度 HRB M ～ ～ CZ ～ ～ 63～ 82 CS ～ ～ 76～ 86 試驗(yàn)采用的攪拌摩擦焊機(jī)由 X53K 型立式銑床改裝。制備同種材料未焊透試樣的鋁合金板材尺寸為 300 mm 70mm 6mm，材料熱處理狀態(tài)為 CZ 態(tài)；制備異種狀態(tài)未焊透試樣的板材尺寸為300 mm 70mm 6mm，材料狀態(tài)熱處理狀態(tài)分別為 M態(tài)和 CZ態(tài)；制備不同方位的未焊透試樣的板材尺寸為 300 mm 70mm 4mm，材料熱處理狀態(tài)為 CZ 態(tài)。試驗(yàn)使用用渦流電導(dǎo)儀測(cè)量攪拌摩擦焊焊接 接頭的電導(dǎo)率，結(jié)合金相分析，找出焊縫組織與電導(dǎo)率的關(guān)系，測(cè)量 FSW 焊接缺陷的形貌特征對(duì)渦流法檢測(cè)電導(dǎo)率的影響，并得出攪拌摩擦焊近表面未焊透特征與渦流電導(dǎo)率分布的規(guī)律。由于電導(dǎo)在測(cè)量設(shè)備和操作上的極大便利，如果能夠探索出焊縫缺陷對(duì)焊縫近表面電導(dǎo)率分布的影響，對(duì)于使用電導(dǎo)率檢測(cè)在攪拌摩擦焊縫質(zhì)量的評(píng)估具有重要的意義。此后， Neil Goldfine等人 [28]與NASA及洛克希德馬丁公司合作，利用為他們?cè)O(shè)計(jì)的專用 MWM陣列探頭及 焊縫缺陷電導(dǎo)率分布特征對(duì)航天飛機(jī)外儲(chǔ)箱的 FSW焊縫進(jìn)行了缺陷的檢測(cè)，收到良好的效果，尤其是對(duì)未焊透缺陷， MWM陣列探頭技術(shù)成為有效的探測(cè)工具。此外，將未焊透區(qū)域看作覆蓋在 DXZ區(qū)域上的一層覆膜，在焊縫深度方向上， DXZ區(qū)域與未焊透區(qū)域的交界處會(huì)有電導(dǎo)率的改變。 (a) (b) 圖 13 焊縫橫截面方向的無(wú)缺陷的 FSW 焊縫近表面電導(dǎo)率分布圖（ a） 和含 厚未焊透缺陷的近表面電導(dǎo)率分布圖（ b） 在 Neil Goldfine[27]的試驗(yàn)中，對(duì)于同種材料無(wú)缺陷 FSW焊縫來(lái)說(shuō)焊縫根部近表面的電導(dǎo)率分布，在動(dòng)態(tài)再結(jié)晶區(qū)對(duì)應(yīng)的位置，即焊縫中間部位有著一個(gè)較寬的、電導(dǎo)率相對(duì)較低的且與 DXZ在焊根寬度相當(dāng)?shù)膮^(qū)域，同時(shí)在偏離該區(qū)域中心還存在一個(gè)電導(dǎo)率的最小值，而在 DXZ對(duì)應(yīng)的低電導(dǎo)區(qū)域的兩端會(huì)出現(xiàn) 對(duì)稱的電導(dǎo)率的峰值，這兩個(gè)峰值意味著 DXZ組織向熱機(jī)影響區(qū)的過(guò)渡；對(duì)于同種材料 FSW有未焊透缺陷的焊縫的電導(dǎo)率分布，其 DXZ對(duì)應(yīng)的那個(gè)低電導(dǎo)率區(qū)域的寬度就會(huì)明顯的變小，如果此時(shí)還有平面型缺陷的出現(xiàn)的話，在焊縫中心位置就會(huì)出現(xiàn)一個(gè)十分明顯的電導(dǎo)率的陡降。該探頭擁有一個(gè)螺旋的激勵(lì)線圈繞組，穿插于激勵(lì)繞組之間有多個(gè)用于檢測(cè)磁通量變化率的檢測(cè)元件。 近期在國(guó)外，一些學(xué)者已經(jīng)開(kāi)始嘗試?yán)秒妼?dǎo)率的測(cè)量來(lái)對(duì)攪拌摩擦焊接頭質(zhì)量南昌航空大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 5 進(jìn)行評(píng)估。 ． Leonard等人 [24]也采用了 X射線、超聲無(wú)損檢測(cè)以及金相觀察的方法對(duì) FSW焊縫缺陷進(jìn)行檢測(cè)。結(jié)果表明，高分辨率超聲發(fā)射法對(duì)攪拌摩擦焊接頭微細(xì)缺陷有較好的檢測(cè)能力，并研究了采用變?nèi)肷浣浅暦瓷浞ń鉀Q攪拌摩擦焊焊縫區(qū)不同取向缺陷的無(wú)損檢測(cè)。 攪拌摩擦焊無(wú)損檢測(cè)的研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì) 目前針對(duì)攪拌摩擦焊接頭中的缺陷具有緊貼微細(xì)的特點(diǎn)，通常采用 X 射線、和超聲無(wú)損檢測(cè)以及金相觀 察等方法進(jìn)行檢測(cè)。對(duì)于鋁合金板材，當(dāng)厚度小于渦流的有效滲透深度時(shí)，受板材厚度的限制，渦流在板材中的分布不再遵循無(wú)窮大導(dǎo)電介質(zhì)中的分布規(guī)律，因此對(duì)檢測(cè)線圈的反作用磁場(chǎng)發(fā)生變化，導(dǎo)致渦流電導(dǎo)儀指示的電導(dǎo)率并不相同。 渦流電導(dǎo)率測(cè)量的影響因素 電導(dǎo)率渦流測(cè)量得主要影響因素有板材的厚度與寬度、材料或零件表面的覆蓋層以及表面形狀等。渦流電導(dǎo)儀是無(wú)損檢測(cè)鋁合金板材電導(dǎo)率的常用儀器，操作簡(jiǎn)單，測(cè)試可靠，不需要特殊加工試樣，僅在試件的 自然表面上找出一個(gè)能容下電導(dǎo)儀探頭的平面，探頭中心