铝合金和镁合金均具有十分优良的性能,铝/镁异种合金之间的焊接对工业结构的轻量化意义重大。本文通过空气中铝/镁异种合金搅拌摩擦焊的试验研究,发现铝/镁异种合金的搅拌摩擦焊工艺参数窗口很狭窄,影响焊缝成形质量的缺陷主要有三种:沟槽、起皮和孔洞(隧道缺陷)。转速过小或焊接速度过大,焊接热输入不足,导致金属流动不充分产生沟槽,而旋转速度过大或焊接速度过小焊接热输入过大,搅拌头被铝/镁合金及可能形成的金属间化合物“包裹”,搅拌针螺纹失去作用,致使焊缝金属流动性不足形成沟槽。旋转速度或焊接速度不当,搅拌头轴肩凹面内“堆积”金属过多在轴肩边缘“流溢”出来形成起皮。焊缝表面过多的起皮或过高的焊接热输入均会有助于焊缝内部孔洞的生成。镁合金放置前进侧,焊缝表面形成沟槽,无法实现铝/镁合金的连接。通过焊接速度与旋转速度对接头组织及性能的影响研究发现:在获得无缺陷焊缝前提下,接头依然存在两处薄弱区,一处为焊缝中心铝镁合金界面结合处,另外一处为条带状组织和偏铝侧剧烈变形区。通过铝/镁异种合金水下搅拌摩擦焊工艺试验研究可以发现:当焊接速度较低(30mm/min)时,大量的镁合金随着搅拌针旋转被带到了前进侧与铝合金反应形成了脆性化合物,导致接头断裂在偏铝侧热机影响区。大量的镁合金随着搅拌针的旋转挤压到前进侧,而前进侧的铝合金很少量随搅拌针旋转过渡到后退侧,搅拌针旋转前进时其带动的一层塑性流动的镁合金包绕搅拌针后部侧面,与前进侧铝合金相互挤压、碰撞、交互叠加,形成了独特的“洋葱环”结构。通过对搅拌头偏置的工艺试验的研究可以发现:搅拌针向铝侧偏置1mm和搅拌针置中时焊缝表面成形较好,当搅拌针向镁侧偏置1mm时,搅拌头与镁合金接触面积增加,焊缝产热减少,一定程度上降低了焊缝金属的流动性,尤其是镁合金的流动性,焊缝表面开裂并有凹陷生成,铝/镁异种合金未能形成有效的连接。在焊缝热输入不足的情况下,超声波的注入有助于消除焊缝表面的起皮现象,提高焊缝底部的金属流动性,消除了焊缝内部孔洞缺陷,提高接头力学性能,但同时加强了铝/镁异种合金原子间的反应程度,使得铝、镁合金界面脆性化合物的生成量增多。超声波辅助铝/镁异种合金搅拌摩擦焊接头断裂在焊缝中心铝镁合金的界面处,断裂方式为韧脆混合型断裂。