本課題通過添加中間層銅和鎳來研究對430鐵素體和304奧氏體異種不銹鋼鋼搭接接頭組織和性能的影響,將430不銹鋼置于上側,通過改變焊接參數主要是焊接速度來分析不同熱輸入對搭接接頭宏觀焊縫成形、組織變化、界面冶金結合情況以及焊縫橫截面顯微硬度和剪切強度的影響,以此來選擇合適的中間層材料,獲得合理的焊接工藝參數,揭示示引入中間層的異種金屬的界面行為和流動規律。
經過初步實驗分析,得出以下幾點結論:
(1)從430鐵素體不銹鋼到304奧氏體不銹鋼,特別是430不銹鋼的組織變化最為顯著,在攪拌針的作用下經歷著動態回復、動態再結晶過程,焊核區為極其細小的等軸晶粒,熱機影響區的晶粒發生粗化長大同時被拉長變形,304不銹鋼組織受熱循環作用低,晶粒組織幾乎無明顯變化。
(2)在焊接參數攪拌頭轉速1200rpm、下壓量0.15mm、下壓速度5mm/min、停留時間15s不變情況下,當中間層加銅時,焊接速度20~50mm/min,可實現良好的冶金結合,焊接速度30mm/min時,接頭質量最佳,抗剪切力達到最大值2776N,焊接速度60mm/min,熱輸入不足焊縫冶金結合不充分;當中間層加鎳時,焊接速度20~50mm/min,可實現良好的冶金結合,焊接速度20mm/min時,接頭質量最佳,抗剪切力達到最大2526N,焊接速度60mm/min,熱輸入不足焊縫未熔合;當未加中間層直接搭接時,焊接速度30mm/min,可實現良好的冶金結合,接頭抗剪切力達到最大2806N。
(3)引入中間層銅和鎳,FSW過程中界面元素通過擴散,實現良好的冶金結合,加銅時界面形成以Cu-Fe為主的固溶體過渡層;加鎳時界面形成以Cu-Ni為主的固溶體過渡層;在相同焊接參數下中間層加銅時接頭性能好于加鎳,可實現瞬時液相焊接,界面處通過元素擴散達到良好的冶金結合。
(4)顯微硬度值在430不銹鋼側波動劇烈,在304不銹鋼側平穩,在430不銹鋼側硬度值波動趨勢大致為先增高,在焊核區硬度值趨于最大,靠近中間層部分又逐漸降低;中間層的硬度值為整個接頭最低區域;在304不銹鋼側硬度值波動較為平穩。