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鋁合金2024-T3與7075-T6異材對接之
摩擦攪拌偏位銲接研究
作
者：郭聰源、*林非錯、林煥章、
王威勝、謝興達
單
位：南台科技大學
報告日期：2009年10月30日
1
大綱
一.前言
二.實驗步驟與方法
三.結果與討論
1.銲道形貌
2.硬度分析
四.結論
2
一、前言(1/2)

2XXX及7XXX系列鋁合金一般皆使用對接的方式銲接而成，採用偏位之
方式進行銲接較少。

相較異種金屬方面，現今研究有使用偏位之方式進行銲接。

偏位銲接對異種金屬之銲道機械性質會造成極大的影響，進而達到機械
性質的變化與改善。
(C.M. chen, and R. kovacevic, Joining of Al 6061 to AISI 1018 steel by combined effects of fusion and solid state
welding,International Journal of Machine Tool & Manufacture, pp. 1205-1214, 2004.)

目前異種金屬文獻中，學者皆使用單一外型之攪拌銷進行研究，但並未
對不同外型之攪拌銷所導致的機械性質或塑性流動等進行探討。

本研究針對2024-T3與7075-T6兩種鋁合金，選用不同外型之攪拌銷、偏
位量與材料擺放位置，探討上述參數對銲道形貌與硬度的影響
3
一、前言(2/2)
摩擦攪拌銲接之實質應用：
1.汽車工業方面：
a.鈑金結構
b.座椅骨架
c.鋼圈
2.其他產業：
a.飛機機身
b.火車車廂
c.燃料儲存桶
d.船體甲板
4
二、實驗步驟與方法(1/2)
1.攪拌銷之外型：
a.圓柱形外切螺紋
b.三角柱外切螺紋
c.三角柱
2.攪拌桿尺寸：
a.肩部直徑12 mm
b.攪拌銷直徑4 mm
c.攪拌銷長度2.8 mm
3.母材尺寸：160×50×3 mm
肩部
4.主軸轉速：1100 rpm
攪拌銷
5.銲接走速：80 mm/min
5
二、實驗步驟與方法(2/2)
6.偏位量：+0.6、0、-0.6 mm
7.偏位方向之定義：
AS
銲接方向
+0.6mm
RS
AS
-0.6mm
+0.6mm
RS
旋轉方向
-0.6mm
(逆時針)
(a)右側視圖
(b)上視圖
8.材料擺放之定義：
AS
銲接方向
2024-T3
AS
銲接方向
7075-T6
RS
RS
7075-T6
2024-T3
6
(a)A2
(b)A7
三、結果與討論
1.銲道形貌
2.硬度分析
7
1.銲道形貌圖-圓柱型外切螺紋
負偏位-0.6 mm
零偏位0 mm
正偏位+0.6 mm
A2
A7
1. A2方面，三種偏位量之銲道形貌差異不大
2. A7方面，正偏位的材料塑性流動較佳，而負偏位較差
3. A7的銲道形貌皆比A2為佳
材料擺放位置之影響大於偏位量
8
1.銲道形貌圖-三角柱外切螺紋
負偏位-0.6mm
零偏位0 mm
正偏位+0.6mm
A2
A7
1. A2方面，正偏位較差，零負偏位較佳偏位的影響較大
2. A7方面，零偏位較佳，正負偏位較差偏位的影響較小
3. 偏位的影響取決於材料擺放位置
9
1.銲道形貌圖-三角柱
負偏位-0.6mm
零偏位0 mm
正偏位+0.6mm
A2
A7
1. 不論材料擺放的位置，在零偏位及負偏位皆產生明顯的缺陷
2. 使用特定的攪拌銷偏位銲接的效果較為明顯
3. 偏位銲接方式影響性較其餘兩種攪拌銷較為大
10
1.銲道形貌圖- 固定A2與不同外型攪拌銷之比較
負偏位-0.6mm
正偏位+0.6mm
圓柱形外切螺紋
三角柱外切螺紋
三角柱
1.
A2負偏位7075受到更多的攪拌作用STZ攪拌較均勻
(銲道區)
2.
圓柱型外切螺紋、三角柱外切螺紋皆無缺陷
三角柱負偏位產生缺陷
11
1.銲道形貌圖-固定A7與不同外型攪拌銷之比較
負偏位-0.6mm
正偏位+0.6mm
圓柱形外切螺紋
三角柱外切螺紋
三角柱
1. A7正偏位7075受到更多的攪拌作用STZ攪拌較均勻
2.圓柱型外切螺紋、三角柱外切螺紋皆無缺陷
三角柱負偏位產生缺陷
12
2 .硬度分析-圓柱形外切螺紋
160
A2
160
正偏位+0.6mm
零偏位0mm
負偏位-0.6mm
STZ
(0 mm)
STZ
A7
正偏位+0.6mm
零偏位0mm
負偏位-0.6mm
STZ
(+0.6 mm)
(-0.6 mm)
(-0.6 mm)
140
硬度(HV 0.2 )
硬度(HV 0.2 )
140
120
120
STZ
(0 mm)
STZ
STZ
(+0.6 mm)
(-0.6 mm)
100
100
RS
7075
-0.6mm
+0.6mm
80
-10
-8
-6
-4
2
1.A2方面:
0
2
4
6
AS
2024
RS
2024
-0.6mm
+0.6mm
80
8
10
-10
-8
-6
距離(mm)
-4
AS
7075
2
0
2
4
6
8
距離(mm)
a.STZ銲道硬度以負偏位較高
b.採用偏位銲接在STZ所造成之硬度變化較大
2.A7方面：
a.STZ銲道硬度以正偏位較高
3.兩者同時比較：
a.A2與A7在RS側之TMAZ(熱機影響區)硬度差異很大
b.材料擺放不同導致TMAZ之硬度趨勢變化
13
10
2 .硬度分析-三角柱外切螺紋
180
160
A2
(+0.6 mm)
STZ
(-0.6 mm)
正偏位+0.6mm
STZ
零偏位0mm
(-0.6 mm)
負偏位-0.6mm
160
140
140
硬度 (HV0.2 )
硬度(HV 0.2 )
A7
正偏位+0.6mm
零偏位0mm
負偏位-0.6mm
STZ
120
120
STZ
STZ
(0 mm)
(0 mm)
100
100
RS
7075
80
-10
-8
-0.6mm
-6
-4
AS
2024
+0.6mm
2
1.A2方面：
0
距離(mm)
2
4
STZ
(+0.6 mm)
RS
2024
80
6
8
10
-10
-8
-0.6mm
-6
-4
AS
7075
+0.6mm
2
0
距離(mm)
2
4
6
8
a.正與零偏位整體硬度趨勢變化不明顯
b.使用負偏位銲接方式整體硬度提高
2.A7方面：
a.偏位銲接之方式未使HAZ(熱影響區)之硬度明顯改善
3.兩者同時比較：
a.STZ皆以負偏位較高，正零偏位較低
b.採用正偏位時，STZ銲道硬度趨勢變化很小
14
10
2.硬度分析-三角柱
160
A2
STZ
160
正偏位+0.6mm
零偏位0mm
負偏位-0.6mm
(+0.6 mm)
硬度 (HV0.2 )
120
120
STZ
STZ
(0 mm)
(-0.6 mm)
100
100
80
正偏位+0.6mm
零偏位0mm
負偏位-0.6mm
(+0.6 mm)
140
140
硬度 (HV0.2 )
STZ
A7
RS
7075
-10
-8
STZ
STZ
(-0.6 mm)
(0 mm)
-0.6mm
-6
-4
AS
2024
+0.6mm
2
0
距離(mm)
2
4
6
8
10
80
RS
2024
-10
-8
-0.6mm
-6
-4
AS
7075
+0.6mm
2
0
距離(mm)
2
4
6
8
1. A2與A7三種偏位量在STZ內兩側硬度不平均
2. 因攪拌銷未具有外切螺紋
材料只能水平移動並無垂直流動的現象
15
10
 銲道形貌：
四、結論
1. 零偏位：以圓柱型與三角柱外切螺紋較佳
2. 偏位銲接：
a.圓柱型外切螺紋在A2負偏位
b.三角柱外切螺紋在A2負偏位
因偏向7075因此較零偏位為佳
c.三角柱在A7正偏位
 硬度分析：
1. 零偏位：圓柱型與三角柱外切螺紋之STZ硬度趨勢較小
2. 偏位銲接：
a.圓柱型外切螺紋在A2之負偏位、A7之正偏位
b.三角柱外切螺紋在A2與A7之負偏位
16
STZ硬度提高且較為平均
謝謝您的聆聽
17