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摩擦塞补焊(Friction plug welding,FPW)是一种新的固相摩擦补焊方法。本文针对大型运载火箭储箱所用的2219铝合金材料,进行了搅拌摩擦焊缝的摩擦塞补焊试验。同时还进行了异种铝合金搅拌焊缝摩擦塞补焊的工艺试验。其结果为广泛应用摩擦塞补焊技术提供重要试验依据。本文的主要结论包括:(1)背部支撑垫板的尺寸对焊缝成形有重要影响,最佳垫板尺寸为上部为20mm下部为16mm锥形孔。2219&2219、6061&6061同种铝合金摩擦塞补焊和2024&2219、7075&2219异种铝合金摩擦塞补焊的优化工艺窗口分别为:7500rpm&40-55kN、7500rpm&30-40kN、6500-7500rpm&45-50kN和6500-7500rpm&45-50kN。(2)对铝合金摩擦塞补焊的焊缝成形和显微组织进行了详细分析,同种和异种铝合金摩擦塞补焊接头都可以分为6个区域:塞棒区、塞棒热力影响区、再结晶区、热力影响区、热影响区、母材区或焊核区。(3)由于铝合金材料和热处理状态的不同,在摩擦塞补焊过程中硬度会有不同程度的下降。塞棒区都是受热影响最严重的区域,所以硬度下降最多;2219铝合金板也有较多的下降,所以2219铝合金摩擦塞补焊结合面处的硬度也下降较多;而6061、2024和7075板的硬度下降较小,结合面上的硬度高于塞棒区。(4)在焊接参数为7500rpm&45kN时,2219铝合金搅拌焊缝摩擦塞补焊接头最大抗拉强度为336.3Mpa,相当于母材的73.9%;在焊接参数为7500rpm&40kN时,6061铝合金摩擦塞补焊接头抗拉强度为228.8Mpa,相当于母材的73.8%;在焊接参数为7500rpm&50kN时,2024&2219异种铝合金搅拌焊缝摩擦塞补焊接头抗拉强度为338.5Mpa,相当于母材的72%;在焊接参数为6500rpm&45kN时,7075&2219异种铝合金搅拌焊缝摩擦塞补焊接头抗拉强度为345.1Mpa,相当于母材的64.1%。其实对于异种铝合金的搅拌焊缝摩擦塞补焊接头,抗拉强度只是塞棒区的强度,结合面处的强度是高于这个数值的,所以塞棒的材料影响了接头的抗拉强度。(5)从不同铝合金摩擦塞补焊的拉伸断口来看,在连接质量较好时,都是微孔聚集型的韧性断裂,断口表面有较多的韧窝,经历了大量塑性变形;对于连接质量不太好的接头,会有部分接头断口表面没有韧窝,比如2219&2219铝合金摩擦塞补焊的结合面底部和7075&2219铝合金摩擦塞补焊的结合面上部,这些连接不好的地方会成为裂纹源而使拉伸性能降低。