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英国焊接研究所(TWI)1991年发明的搅拌摩擦焊(FSW)为铝合金焊接提供了一个新方法。采用这种方法焊接铝合金具有焊接变形小,无裂纹、气孔、夹渣等常见焊接缺陷的特点。搅拌头是搅拌摩擦焊技术的核心,是获得高质量接头的前提。本文针对2219-T87铝合金FSW设计了不同搅拌针形状的搅拌头,优选获得接头性能较好的搅拌头,对优选搅拌头给出焊接工艺参数,研究焊缝金属流动及不同条件下所产生的缺陷。设计了7种搅拌针形状不同的搅拌头,分别在两组参数下焊接了8mm厚2219-T87铝合金,通过力学性能测试和微观组织分析选择了获得接头性能较好的搅拌头。研究结果表明:采用圆锥平行环三平台搅拌头焊接得到的焊缝综合性能最好。焊缝外观成形良好无缺陷;焊核区为均匀细小的晶粒,且无方向性,强化相分布均匀;热机区晶粒相对母材长大较小,热机区与焊核区过渡平稳;接头力学性能较好且较稳定。采用圆锥平行环三平台搅拌头焊接了8mm厚2219-T87铝合金,用正交试验设计方法安排试验,研究了焊接工艺参数与焊接接头力学性能的关系。试验结果表明:焊接速度为260mm/min,搅拌头旋转速度为1000r/min,搅拌头焊前停留时间为10s时,获得的接头强度最高,为母材的82.7%。采用圆锥平行环三平台搅拌头对2219-T87铝合金和LF6铝合金进行了焊接,利用2219-T87和LF6两种材料明显的腐蚀性差异来分析焊缝塑化金属的流动。结果表明:焊缝区塑化金属在垂直方向上有3个“洋葱环”,材料流动为小范围内区域流动;在水平方向上塑化材料流动范围由焊缝上部至下部逐渐减小,后退侧材料由搅拌头后方流向前进侧。采用圆锥平行环三平台搅拌头对8mm厚2014-T6铝合金在不同的装配条件下进行了焊接。焊后对焊缝进行X射线检测,并对截面进行金相分析。结果表明:当对接板存在板厚差或间隙时,前进侧母材与焊缝交接处会有隧道缺陷产生;当对接板之间的间隙超过2.3mm时,焊缝产生表面沟槽;当对接板之间存在间隙或搅拌头压入不足时,前进侧母材与焊缝交接处有孔洞产生;当对接板表面氧化膜严重或搅拌头压入不足时,焊缝上部和中部前进侧母材与焊缝交接处有残余线产生,同时有表面裂纹产生。