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铝/钢异种金属的连接在车辆减重制造中有重要应用,但由于焊接性差,传统熔化焊难以获得满意的接头,本文采用搅拌摩擦焊技术(Friction stir welding,FSW)实现了6000系铝合金与先进高强钢的搭接。按照如下三种工艺方式:(1)将铝板置上钢板置下,将搅拌针插入钢板对1.5 mm AA6082-T6与2.0 mm镀锌DP800-galvanized进行连接;将搅拌针不插入钢板,利用铝合金与钢表面镀锌层的反应,将1.35mmAA6022-T43与(2)2.0 mm镀锌DP800-galvanized和(3)镀铝Usibor?1500-galvanized进行连接。对三种工艺方式下获得的接头界面特征和组织性能进行了表征和分析,分别根据Iso-strain和Iso-work两种假说对铝/钢搅拌区的力学行为进行了预测,相关结论如下: 焊接参数为1250rpm、1250mm/min时,AA6082/DP800 FSW接头单位长度拉剪力达到最大,为铝合金母材的71%;对于镀锌层作为中间层的AA6022/DP800接头,优化后的参数为2000rpm、100 mm/min,接头单位长度拉剪力达铝合金母材的87%;对于镀铝层作为中间层的AA6022/Usibor?1500接头,旋转速度2000 rpm时,焊接速度最快至4000mm/min,接头单位长度拉剪力达铝合金母材的96%。 搅拌针插入钢板的AA6082/DP800 FSW接头中,搅拌区的界面IMC层厚度随RP值(Revolutionary pitch,焊接速度/旋转速度)的降低逐渐增加,富铝侧生成了Al3.2Fe,富铁侧生成了Al5Fe2。RP值为1.0 mm/rev时,界面IMC为单一平直层,平均厚度0.89μm;RP值为0.5 mm/rev时,界面IMC层平均厚度1.12μm。在Hook区,RP值为1.0和0.5 mm/rev时,界面IMC层厚度分别为0.99和0.98μm。RP值为1.0 mm/rev时,界面区域锌含量较少,富铝侧生成了少量Al6Fe,富铁侧生成了Al3.2Fe;RP值为0.5 mm/rev时,界面存在断续但高含量的锌元素,为原始锌层残留物,同时,富铝侧出现连续的硅元素偏聚,锌、硅元素的存在减少了界面 IMC层的厚度,也导致了未知的Al-Fe-Si新相的生成。 镀锌层作为中间层获得的 AA6022/DP800接头呈搅拌摩擦钎焊特征,界面无Al-Fe系IMC生成。搅拌区下方原始锌层进入搅拌区,与铝基体形成共晶组织,铝/钢界面生成约200 nm厚的Al4.01MnSi0.74IMC层,轴肩作用区下方界面原始镀锌层熔化,锌层作为钎料填充此区域,钎缝成分为铝锌共晶物,厚度约10μm。 镀铝层作为中间层获得的AA6022/Usibor?1500接头呈搅拌摩擦扩散焊特征,界面反应层厚度约10nm,无IMC生成。原始镀铝层在颗粒之间及与钢板接触界面存在微型孔洞缺陷,焊接后,镀铝层厚度减薄了15μm,颗粒之间孔洞缺陷缩小且减少,铝/钢界面缺陷消除,镀铝层与铝合金界面连接良好,无明显缺陷。 忽略界面厚度在微米或纳米级的IMC层强度和体积分数时,两种假说所计算得到的搅拌区力学行为都较好地符合实际结果,所预测的搅拌区力学行为差异较小,相比之下,Iso-strain假说得到的结果更接近实测值,说明改进剪切试验时搅拌区铝和钢的应变变化趋势类似。