高转速搅拌摩擦焊是针对超薄板开发的一种新型焊接技术,其转速能够达到常规搅拌摩擦焊的十倍甚至以上,主要针对连接厚度为1 mm以下的材料。本文针对铝合金薄板焊接的特点,对厚度为1 mm铝合金薄板进行了高转速搅拌摩擦焊工艺探索,根据其特点设计了适合于薄板焊接的小针大轴肩式搅拌头,分析了工艺参数对焊缝表面成形、接头组织和力学性能以及耐腐蚀性能的影响,使用热电偶和红外辐射测温仪测量特征点在焊接过程中的温度变化,研究薄板焊接温度分布规律。研究发现,为了保证足够的热输入和焊接质量,厚度为1 mm的5083铝合金薄板的搅拌摩擦焊需要大轴肩搅拌头。经过试验探索,设计了轴肩直径为9 mm,内凹角为3°,搅拌针形状为圆台形,针长为0.92 mm的搅拌头,并确定下压量为0.04 mm。焊接工艺参数对焊缝的表面成形和接头组织有很大影响。接头表面弧纹成形与焊接速度和旋转速度有关,弧纹间距由两者的比值决定。观察接头的微观组织可以发现,从接头中心到两边分别为轴肩影响区、焊核区、过渡区和母材区,其中过渡区由热机影响区和热影响区组成,轴肩影响区和焊核区发生动态再结晶产生细小的等轴晶。当转速不变时,随着焊速的增加,接头焊核区晶粒尺寸逐渐减小;当焊速不变时,随着转速的增加,焊核区晶粒尺寸逐渐增加。研究了焊接参数与力学性能、断口形貌和缺陷类型的关系。接头显微硬度分布整体呈现为倒“V”型分布,由从焊缝中心向两侧逐渐降低。当转速固定时,增加焊速,焊核区硬度值会增加;当焊速固定时,增加转速,硬度值会降低。薄板焊接的工艺参数在搅拌头旋转速度为9000-12000 rpm、焊接速度200-400 mm/min时,可以得到无缺陷接头,所有接头的抗拉强度都达到了母材的80%以上。观察接头断口形貌,接头的断裂方式为韧性断裂和韧脆混合型断裂。通过极化曲线和晶间腐蚀测试,接头的耐蚀性能比母材好,由于搅拌区的材料更加均匀化,使其耐腐蚀性能提升。焊接参数对接头的抗腐蚀性有一定影响,相同转速下,较低焊速的接头具有较好的抗腐蚀性能。焊接过程中焊件各特征点都经历了“升温—达到峰值—降温”的热循环过程,而且升温速率大于降温速率。焊接速度一定时,焊接温度随转速增加而升高;旋转速度一定时,焊接温度随焊接速度增大而降低。搅拌摩擦焊过程中,对应位置处前进侧峰值温度一般比后退侧高10~35℃。离焊缝中心越远的特征点到达温度峰值的时间越晚,温度峰值越低,焊件温度的最高点位于焊缝中心处。