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作为一种固相连接工艺,搅拌摩擦焊接技术自问世以来,在铝及其合金的焊接方面显示出了巨大的优势,深入研究搅拌摩擦焊接头组织及性能具有重要的意义。双轴肩搅拌摩擦焊(Bobbin Tool Friction Stir Welding,BT-FSW)作为常规搅拌摩擦焊(Friction Stir Welding.FSW)的一种变体,利用搅拌头上、下轴肩作用力的相互抵消,有效的降低了主轴负载、减小了背部刚性的要求、并能避免接头的根部缺陷,因此获得了越来越广泛的关注,具有很高的研究和应用价值。本文主要针对6mm厚6061-T6铝合金进行了双轴肩搅拌摩擦焊试验和常规搅拌摩擦焊试验,分析了搅拌头转速及焊接速度对接头组织结构、显微硬度、拉伸强度及耐腐蚀性的影响规律,探讨了BT-FSW与FSW两者的异同点。利用DEFORM-3D软件分析焊接过程中温度场及流场变化,并进行温度场验证。试验结果表明,FSW焊接接头横截面宏观形貌呈“V”型,BT-FSW接头横截面宏观形貌呈“哑铃”型。两者焊接接头均由母材区、热影响区、热机影响区、焊核区组成。BT-FSW焊接过程中,搅拌头转速对焊接接头微观形貌影响较大。在焊接参数相同的条件下,BT-FSW热影响区晶粒尺寸较FSW大,但两者在焊核区中部晶粒尺寸无明显差距。与FSW不同,BT-FSW焊核区晶粒尺寸在厚度方向上不存在各层异性。显微硬度试验表明,FSW与BT-FSW焊接接头硬度均呈“W”型分布,硬度最低点发生在热影响区近热机影响区附近。焊接参数相同时,FSW最低硬度值高于BT-FSW最低硬度值,但两者在焊核区的平均硬度相差不大。FSW最低硬度值发生在前进侧热影响区,而BT-FSW最低硬度值发生在后退侧热影响区。拉伸试验表明,无缺陷的试样断裂位置均发生在硬度最低点,断裂形式以韧性断裂为主。焊接参数相同时,相对于FSW, BT-FSW拉伸性能较差。耐腐蚀试验表明,接头焊核区耐腐蚀性最好。当搅拌头转速与焊接速度同时改变时,n/v的绝对值大小并不能代表焊接线能量的大小,当两者有且仅有一个变化时,在一定条件下可反映线能量的大小,且搅拌头转速改变时,对焊接接头的组织性能影响较大。模拟结果表明,FSW与BT-FSW横截面温度场分布与接头宏观形貌较吻合。由测温结果可知,模拟结果与试验结果吻合良好,BT-FSW后退侧峰值温度高于前进侧峰值温度,FSW后退侧峰值温度与前进侧峰值温度无明显差异。两者在厚度方向上,温度分布均存在各层异性,BT-FSW上、下表面温度场近似对称,中心温度场高温区分布最小。