搅拌摩擦焊 异种材料焊接开裂

寂静回声

问







答

PMZ 的意思是部分熔化区，这个区域在焊接峰值温度下，晶界上的低熔点共晶已经熔化而晶粒本体还是固态，晶界外面包着一层液膜。搅拌摩擦焊接时，铝的峰值温度一般在 0.8 到 0.9 倍熔点，对铝来说大概 500 到 590℃这个区间，而 Al-Si 共晶 577℃就熔了，含 Mg 的三元共晶更低，550℃上下就能液化。也就是说这个位置在焊接过程中确实短暂进入过固液共存状态，不是全固态。
晶界有液膜的时候，材料的塑性会掉到一个很低的区间，工程上叫脆性温度区间 BTR。这时候冷却收缩的拉应力一上来，液膜被拉开，断口自然沿晶走，电镜下如果看到光滑的晶粒界面、复熔共晶膜、晶界缩沟，就坐实了液化裂纹。
如果是固态热撕裂，断口应该有更多撕裂棱和韧窝特征，这两种裂纹特征在电镜下是能分辨的清的。


两种材料都是压铸件，来料本身就带卷气、气孔和缩松，这是压铸铝材料的天生毛病。
搅拌摩擦焊核区材料在搅拌头作用下剧烈塑性流动，原始气孔会被碾碎、挤压、推着走，最后在材料流动的交汇汇合处重新聚集，这个位置通常在后退侧回填区或者焊缝中线偏后退侧一带，正好和部分熔化区、热影响区边界重叠。
你注意这个空间位置的巧合，卷气交汇处同时具备三样东西，晶界复熔液膜，气孔削弱了有效承载截面并造成局部应力集中，冷却拉应力。三个条件在同一个固定位置凑齐，裂纹就固定在那里出，20% 的稳定比例也解释得通，因为每一件的流动场和气孔汇聚规律是稳定的，气孔率超临界的那个区域就开裂。


ADC12 不开裂，并不等于它的低熔点相更少。
ADC12 的 Al2Cu 共晶液化温度其实比盖板侧还低，靠近ADC12侧的焊缝没开裂，真正的原因是开裂三要素没有在它那一侧同时凑齐，盖板侧的接头几何、搭接界面位置、流动交汇点和来料气孔分布把液膜、气孔、拉应力三样东西集中到了盖板侧。
另外针长 3.2mm，单板厚 3.5mm，这个搭配要重点查。搭接接头探针必须刺入下板足够深度，界面才能形成可靠的钩状结合，如果搭接界面刚好落在探针覆盖的边缘，材料流动交汇和界面钩合点正好压在 PMZ，这个位置天生就是液膜撕裂的薄弱面。

断口做 SEM 加 EDS，看清楚是复熔液膜沿晶还是固态撕裂，晶界有没有 Mg 富集，气孔内壁有没有压铸氧化皮，这一步确定开裂机制。
沿焊缝方向连续切片，把裂纹、气孔链、钩状界面、流动交汇区的位置关系画出来，看裂纹是不是和气孔连通。
对照实验，互换两侧的前进侧后退侧位置，其余参数不动，看裂纹跟着位置走还是跟着材料走。
把两侧材料互换前进侧后退侧，如果裂纹跟着几何位置走而不是跟着材料走，就证明几何和流动才是主导。