研究了紫铜和黄铜搅拌摩擦焊接的可行性,对焊接接头的金相组织进行了分析,并通过拉伸实验、硬度分析、弯曲实验,对接头的性能进行了验证。结果表明:紫铜-黄铜具有良好的搅拌摩擦焊接性能,可获得与母材等强度的搅拌摩擦焊接接头。焊合区在热力偶合作用下获得动态再结晶组织,接头黄铜一侧热影响区沿厚度方向上下不同,下侧可分为再结晶区、不完全再结晶区、动态回复区;上侧出现明显的偏析现象;接头紫铜一侧热影响区出现明显的须状组织,并有晶粒微溶的迹象。
### 紫铜-黄铜搅拌摩擦焊接头的组织与力学性能
#### 一、引言
搅拌摩擦焊（Friction Stir Welding, FSW）作为一种新型固态连接技术，自20世纪90年代由英国焊接研究所发明以来，已广泛应用于低熔点合金板材的焊接领域。该技术的核心在于其独特的搅拌头设计，通过旋转搅拌作用产生足够的摩擦热，使得焊接区域的材料达到热塑性状态，从而实现材料的连接。相较于传统焊接方法，FSW具有诸多优势，如无需填充材料、无需保护气体、焊接过程中不易产生裂纹及气孔等缺陷。目前，关于FSW的研究主要集中在铝及其合金领域，而对于铜及其合金的应用则较少。
#### 二、研究背景与目的
紫铜（纯铜）与黄铜（铜锌合金）因其优良的导电性和耐腐蚀性，在许多工业领域有着广泛的应用。然而，由于这两种材料之间的物理和化学性质差异较大，传统的焊接方法往往难以实现高质量的焊接效果。因此，本研究旨在探索紫铜与黄铜搅拌摩擦焊的可行性，并对其焊接接头的微观结构及力学性能进行系统分析。
#### 三、研究方法
本研究采用搅拌摩擦焊技术，对紫铜与黄铜进行焊接处理，并通过一系列实验来评估焊接接头的质量。具体实验包括：
1. **微观结构分析**：通过对焊接接头进行金相组织观察，分析焊接区域的微观结构变化。
2. **力学性能测试**：
- **拉伸实验**：测定焊接接头的抗拉强度。
- **硬度分析**：测量不同区域的硬度值。
- **弯曲实验**：检验焊接接头的韧性。
#### 四、实验结果
1. **微观结构**：研究发现，在热力偶合作用下，焊合区获得了动态再结晶组织。具体而言，黄铜一侧热影响区的微观结构沿厚度方向呈现不同的特征，下侧分为再结晶区、不完全再结晶区和动态回复区；而上侧则出现了明显的偏析现象。紫铜一侧热影响区则表现出明显的须状组织，并且存在晶粒微溶的现象。
2. **力学性能**：通过实验验证，紫铜-黄铜搅拌摩擦焊接头具有与母材相当的强度。这意味着，这种焊接方式可以有效克服紫铜与黄铜之间物理性质差异带来的挑战，实现高强度的连接。
#### 五、讨论
- **热力偶合作用下的组织演变**：在搅拌摩擦焊过程中，由于摩擦热的作用，焊接区域的温度升高，导致材料发生动态再结晶，形成细小均匀的晶粒结构。这种结构的变化对于提高焊接接头的力学性能至关重要。
- **偏析现象的影响**：黄铜一侧热影响区上侧出现的偏析现象可能会影响焊接接头的整体性能。这是因为偏析会导致局部区域的化学成分不均，进而影响到该区域的硬度和韧性。
- **须状组织的形成机制**：紫铜一侧热影响区出现的须状组织可能是由于高温下晶粒的异常生长所导致。这种结构的存在可能会对焊接接头的韧性和抗裂性能造成一定的影响。
#### 六、结论
紫铜与黄铜通过搅拌摩擦焊能够获得具有良好力学性能的焊接接头。焊合区在热力偶合作用下形成的动态再结晶组织有助于提高接头的强度。然而，焊接过程中出现的偏析现象以及紫铜一侧的须状组织仍然需要进一步研究，以优化焊接参数，提高焊接质量。未来的研究可以考虑不同搅拌头的设计、焊接速度等因素对焊接效果的影响，以期进一步提升紫铜-黄铜搅拌摩擦焊接头的性能。
