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Ti/Al异种金属结构在航空航天、高速铁路等领域有广阔应用前景,但由于两者物理化学性相差极大,导致其焊接性差、焊接难度大。论文通过添加中间层材料的方式,采用FSW技术对3mm厚TC4钛合金和2A14铝合金异种金属进行了连接,研究了焊接工艺对焊缝成形及接头力学性能的影响规律,并采用SEM、EDS、XRD等分析测试手段,分析了中间层材料对接头微观组织结构及接头性能的影响规律,并探讨了中间层材料对接头中脆性相的调控机制。研究结果表明:对于Al/Zn异种金属的FSW,选择搅拌头旋转速度为500rpm、焊接速度为70mm/min时,能获得焊缝成形良好、界面成“双钩状”的对接接头,此时接头抗拉强度为最大值152.7MPa,达到母材锌的80.4%。钩状区铝合金和锌充分混合,出现局部洋葱环、冲击平原等形貌。且区域中形成了各种固溶体,固溶体类型从锌侧向铝侧由锌基固溶体向铝基固溶体转变。Ti/Zn异种金属的搅拌摩擦焊,由于二者物理化学性能差异过大,使得接头的工艺参数范围窄,二者以机械咬合的方式形成连接。接头最大抗拉强度在工艺参数为旋转速度500rpm、焊接速度50mm/min时获得,仅75.9MPa,为母材锌抗拉强度的39.5%。当接头添加中间层材料Zn后,焊缝显微硬度下降。在工艺参数为旋转速度375rpm、焊速75mm/min时,接头拉伸强度为最大值237.3MPa,为2A14铝合金母材的56.7%。中间层材料Zn的加入在一定程度上能减少Ti-Al金属间化合物的生成,促使接头由脆性断裂向韧性+脆性混合断裂的方式转变。但由于中间层材料Zn容易发生熔化,故易使界面处产生缺陷,降低了接头的力学性能。加入中间层材料Ni后,接头抗拉强度在旋转速度375rpm、焊接速度75mm/min时达到最大值285.3MPa,达到铝合金母材抗拉强度的68%。接头底部中间层材料Ni由于所受搅拌针作用较小,只发生较大程度变形,并未被搅拌成颗粒状。底部Ni与Ti之间未完全结合,所形成的间隙成为接头薄弱部位。通过分析接头的断口,得到接头断裂方式为韧性+脆性混合型断裂。中间层材料Ni的加入使接头中脆性相减少,且部分Ti-Al金属间化合物由脆性较大的Ti3Al相转变为具有一定韧性的TiAl相,使接头强度得到提升。