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铝合金搅拌摩擦焊技术被广泛应用于航空航天和轨道列车等领域。但常规搅拌摩擦焊的焊缝区存在减薄现象,使被连接部件强度下降,致其可靠性减小。为此,需要一种新型无减薄搅拌摩擦焊工艺。本文利用7N01铝合金开展无减薄搅拌摩擦焊工艺研究,通过对焊缝微观组织及力学性能探讨,优化工艺参数,最终获得较为合理的焊接工艺,并针对S缺陷进行深入研究。在合理的焊接参数下,可得到表面成形良好的焊缝。测量焊缝区域厚度发现,焊缝区无减薄甚至存在局部增厚现象。焊接接头抗拉强度最高可达353MPa,断后延伸率为11.7%,其强度为母材的91.7%。相比于常规搅拌摩擦焊,无减薄搅拌摩擦焊沿厚度方向的拉伸性能更加均匀。焊缝区域显微硬度分布形态表明中心焊核区存在软化。为提高无减薄搅拌摩擦焊接头力学性能,基于响应面法对焊接参数进行优化。对响应面试验进行方差分析其精确程度,发现模型整体拟合良好,抗拉强度和断后延伸率的单因素中试验影响的显著程度排序为焊接速度v>主轴转速ω>轴肩下压量p。响应面模型的回归分析表明:在无缺陷条件下,提高主轴转速的同时应选取适中的焊接速度,可得到性能更优的焊接接头。在焊接参数优化为主轴转速1000-焊接速度200-轴肩下压量0.25时,接头抗拉强度为363MPa,是母材的93.8%,断后延伸率11.2%。无减薄搅拌摩擦焊接焊缝区S线主要是由于原始氧化膜和焊缝组织中Al2O3颗粒对塑性金属隔离产生的细小孔洞聚集。拉伸断口沿S线分布说明S线是导致焊接接头断裂的裂纹源。随焊接速度增加,搅拌区域的热输入减少,对接面的氧化程度降低,S线中孔洞的数量和密集程度明显减少。