本课题通过添加中间层铜和镍来研究对430铁素体和304奥氏体异种不锈钢钢搭接接头组织和性能的影响,将430不锈钢置于上侧,通过改变焊接参数主要是焊接速度来分析不同热输入对搭接接头宏观焊缝成形、组织变化、界面冶金结合情况以及焊缝横截面显微硬度和剪切强度的影响,以此来选择合适的中间层材料,获得合理的焊接工艺参数,揭示示引入中间层的异种金属的界面行为和流动规律。

经过初步实验分析,得出以下几点结论:

(1)430铁素体不锈钢到304奥氏体不锈钢,特别是430不锈钢的组织变化最为显著,在搅拌针的作用下经历着动态回复、动态再结晶过程,焊核区为极其细小的等轴晶粒,热机影响区的晶粒发生粗化长大同时被拉长变形,304不锈钢组织受热循环作用低,晶粒组织几乎无明显变化。

(2)在焊接参数搅拌头转速1200rpm、下压量0.15mm、下压速度5mm/min、停留时间15s不变情况下,当中间层加铜时,焊接速度20~50mm/min,可实现良好的冶金结合,焊接速度30mm/min时,接头质量最佳,抗剪切力达到最大值2776N,焊接速度60mm/min,热输入不足焊缝冶金结合不充分;当中间层加镍时,焊接速度20~50mm/min,可实现良好的冶金结合,焊接速度20mm/min时,接头质量最佳,抗剪切力达到最大2526N,焊接速度60mm/min,热输入不足焊缝未熔合;当未加中间层直接搭接时,焊接速度30mm/min,可实现良好的冶金结合,接头抗剪切力达到最大2806N

(3)引入中间层铜和镍,FSW过程中界面元素通过扩散,实现良好的冶金结合,加铜时界面形成以Cu-Fe为主的固溶体过渡层;加镍时界面形成以Cu-Ni为主的固溶体过渡层;在相同焊接参数下中间层加铜时接头性能好于加镍,可实现瞬时液相焊接,界面处通过元素扩散达到良好的冶金结合。

(4)显微硬度值在430不锈钢侧波动剧烈,在304不锈钢侧平稳,在430不锈钢侧硬度值波动趋势大致为先增高,在焊核区硬度值趋于最大,靠近中间层部分又逐渐降低;中间层的硬度值为整个接头最低区域;在304不锈钢侧硬度值波动较为平稳。