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试验选用AlSi5%作为中间层,对6061铝合金板和304不锈钢板进行搅拌摩擦焊对接试验。研究了工艺参数对焊缝形貌、界面微观组织、接头拉伸强度与剪切强度、元素分布情况的影响规律。并测量了不同厚度的AlSi5%中间层下接头温度场、残余应力的分布规律。同时通过分析焊接接头的断裂行为,对带Al Si5%中间层下的铝/不锈钢搅拌摩擦焊界面连接机理进行了研究。试验对带AlSi5%中间层铝合金与不锈钢搅拌摩擦焊不同工艺参数(中间层厚度、搅拌头转速、焊接速度、搅拌针偏移量)下的接头力学性能、界面形貌特征以及元素分布进行了研究。研究表明,随着AlSi5%中间层厚度增加,界面裂纹、未结合等缺陷明显减少,铝合金焊缝中的钢粒数量及其尺寸同时增加,焊接接头抗拉强度先增加后趋于稳定。当Al Si5%中间层厚度为0.3mm时,铝/不锈钢接头力学性能良好,试件断裂在铝侧热机影响区。随着搅拌头转速增加,铝/不锈钢界面弯曲程度加剧,铝合金焊缝钢粒数量与尺寸同时减小,先迅速上升后快速下降最后趋于稳定。搅拌工具旋转速度在660rpm时,抗拉强度升高到最大值。随着焊接速度增加,焊接热输入降低,铝合金焊缝钢粒数量与大小同时增加,接头抗拉强度先迅速增加后趋于稳定。在焊速44mm/min条件下,接头抗拉强度达到最大值。随着搅拌针偏移量增加,铝合金焊缝钢粒数量与大小同时增加,焊接接头抗拉强度波动不大,在搅拌针偏移量为0.4mm时,焊接接头抗拉强度达到最大值。较优工艺参数为:不锈钢处于前进侧时,AlSi5%中间层厚度为0.3mm,搅拌头转速为660rpm,焊速为44mm/min,偏移量为0.4mm,压入量为0.3mm。此时接头抗拉强度为136.3MPa,比未加入AlSi5%中间层的FSW接头抗拉强度提高了37.2MPa。FSW接头在525℃保温20min固溶处理,160℃保温8个小时时效处理后。接头抗拉强度提高到151.4MPa。此时,接头断裂在铝合金/不锈钢界面。抗拉强度达到铝合金母材的73.7%。在工艺试验基础上测量了不同中间层厚度下FSW焊接过程中接头温度场与焊后接头各位置残余应力分布。随着AlSi5%中间厚度升高,接头各点的焊接热循环峰值温度明显降低。同时,焊缝Si元素含量升高可以抑制了Fe-Al金属间化合物生成。界面弯曲程度与焊缝中的钢粒数量、尺寸同时增加。随着钢粒进入铝合金焊缝,将会形成热膨胀系数介于铝合金与不锈钢之间的复合焊缝。该现象减缓了异种材料间的热膨胀系数过渡梯度,冷却过程中接头各点残余应力明显降低。随着AlSi5%中间层厚度从0mm增加到1mm,界面处峰值温度降低了28℃,界面处残余应力降低了53MPa。但在中间层过厚情况下,靠近界面处的铝合金焊缝中出现大钢粒。大钢粒边缘容易成为新的裂纹源,导致接头强度下降。