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铝是地壳中储量丰富以及分布广泛的元素,比强度高,而镁的质量轻且具有很好的吸震性。随着汽车轻量化时代的到来,铝合金与镁合金将在汽车制造领域得到大量应用。铝/镁合金的异质金属构件,对铝/镁异质材料之间的连接技术带来了前所未有的挑战。铝合金与镁合金的物理性能和晶体结构差异明显,使用熔焊方法焊接非常困难,并且不可避免地产生大量金属间化合物,接头性能不能满足实际需求。而搅拌摩擦焊技术(FSW)作为固相焊接工艺,在焊接铝/镁异质合金时表现出独特优势。但是,常规的FSW工艺还存在一些问题。超声振动辅助搅拌摩擦焊技术(UVaFSW)是将超声振动通过搅拌头耦合作用到焊接过程中的一种新型搅拌摩擦焊工艺,在焊接同种铝合金时已经表现出独特的优势。本课题将UVaFSW用于铝/镁异质合金的焊接。开展了 3 mm厚6061铝合金与AZ31镁合金的对接FSW与UVaFSW实验,并对比了焊缝表面和内部成形、界面金属间化合物、力学性能的差别。实验表明,超声振动通过搅拌头施加后可以改善焊缝表面成形,铝/镁异质材料的混合程度增强,减少甚至消除接头内部缺陷,扩宽铝/镁异质金属焊接工艺窗口。施加超声振动后,在不同焊接工艺参数的情况下,铝/镁异质合金接头的拉伸性能以及断后延伸率都有提升,断裂位置由铝/镁结合面处转变为焊核区与热力影响区交界处。由于超声振动可以降低接头中残余应力的分布,铝/镁异质接头耐腐蚀性提高。超声振动对铝/镁金属间化合物影响明显,可以减少焊核区条带状金属间化合物的分布;将常规FSW铝/镁结合面处的Al3Mg2和All2Mg17双层金属间化合物变成单层Al3Mg2金属间化合物:对铝/镁结合面处金属间化合物不仅有减薄作用,甚至还会起到破碎作用。在镁板涂Zn后,焊核区生成弥散分布的含Zn金属间化合物,铝/镁结合面处金属间化合物条带消失,变为Al-Zn-Mg的过渡,超声振动可以促进Zn在焊缝中流动,形成无缺陷的焊接接头。实验发现,施加超声振动对铝/镁异质合金焊接的峰值温度影响微小;超声通过搅拌头传递到焊缝中,可以软化搅拌针附近的铝/镁材料,降低屈服应力,有效降低焊接过程中的轴向压力与扭矩,从而提升了搅拌头与搅拌摩擦焊机的使用寿命;超声振动促进铝/镁材料的混合,拓宽了焊缝面积,促进了焊核区底部材料的流动,使原本在焊核区底部的旋涡状流动转变为流线状平滑流动;该处材料流动的变化,改善了焊缝成形,提高了接头拉伸性能。