【摘 要】
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目前,铝/钢复合结构已应用于航空航天、汽车和船舶等制造业。然而,两种材料间较大的物化性能差异使得铝/钢接头的可焊性较差。搅拌摩擦搭接焊（Friction stir lap welding,FSLW）因焊接温度低在铝/钢异材焊接方面具有优势。对于铝上钢下的搭接配置,本课题基于搅拌针微扎透钢表面的思想进行2024铝/304不锈钢的FSLW试验,分析不同焊接参数下的接头连接质量,揭示超声和镍（Ni）中间
【基金项目】
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“广东特支计划”（2019TQ05C752）；
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目前,铝/钢复合结构已应用于航空航天、汽车和船舶等制造业。然而,两种材料间较大的物化性能差异使得铝/钢接头的可焊性较差。搅拌摩擦搭接焊（Friction stir lap welding,FSLW）因焊接温度低在铝/钢异材焊接方面具有优势。对于铝上钢下的搭接配置,本课题基于搅拌针微扎透钢表面的思想进行2024铝/304不锈钢的FSLW试验,分析不同焊接参数下的接头连接质量,揭示超声和镍（Ni）中间层在铝/钢FSLW中的增效机制。常规FSLW接头中,变形的钢界面形成钩状结构嵌入铝合金,实现了材料间的宏观机械互锁;搭接界面两侧的铝（Al）、铁（Fe）原子互相扩散形成界面扩散层,并生成AlFe3、Al5Fe2和Al13Fe4,实现了接头的冶金连接。相比焊速,接头连接质量受转速的影响更为明显。在1000 rpm和1200 rpm的高转速下,接头界面上方的孔洞缺陷使得界面的机械互锁程度和冶金结合面积降低。常规铝/钢FSLW接头沿界面剪切断裂,呈脆-韧混合断裂特征。800 rpm-100 mm/min接头的拉剪载荷最高,其值为8.41 kN。在不同转速下,分别利用1500 W功率的超声和0.02 mm厚的Ni中间层调控界面成形以提高接头连接质量。在超声的强振动和促流效应下,接头内部孔洞缺陷消失,界面微机械互锁的条状混合结构形成,以及AlFe3和Al5Fe2在搭接区域生成,进而拓宽焊接工艺窗口。Ni中间层改变了界面区域的原子扩散行为,生成的AlNi3取代了Al-Fe金属间化合物。相比AlFe3、Al5Fe2和Al13Fe4,AlNi3具有一定塑性,从而降低了界面显微硬度,提高了接头拉剪性能。在800 rpm-75 mm/min参数下,Ni中间层作用下的接头拉剪载荷达到8.67 kN。
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