回填式搅拌摩擦点焊是一种新型的点焊方法,在工业中有较为广泛的应用。本文对现有搅拌摩擦焊设备进行改装,自主设计并制作了回填式搅拌摩擦点焊关键零部件及工装夹具。采用自主设计的焊接搅拌头,对2mm厚的6061-T6铝合金开展了焊接工艺实验,研究了焊接工艺参数与焊点表面成形、微观组织形态及接头力学性能的影响规律,建立了“焊接工艺参数-过程特征参数”的对应关系,揭示了焊接工艺参数对Hook角度的影响机理。本文选用3Cr3Mo3W2V热作模具钢材料自主设计多种搅拌头,首先设计了以弹簧为传动装置、尺寸不同的两种搅拌头,试焊后发现,小尺寸搅拌头出现轴肩断裂、搅拌针弯曲的现象,大尺寸搅拌头出现搅拌针无法回填的问题;于是在原基础上改进,完全依靠外部机械结构实现搅拌针运动,设计出搅拌针运动平台,完全依靠外部驱动实现搅拌针回抽动作,实现回填步骤;搅拌针运动平台主要由机械架、移动板、驱动组成,通过控制可以实现搅拌针与套筒的相对运动,满足焊接要求。在设备控制系统方面,新增回填式搅拌摩擦点焊子程序,创建了智能化人机界面,修改了FX2N-10GM定位程序,并在FX2N-20GM模块中建立了坐标监控窗口;通过PLC+人机界面可以精确地控制套筒与搅拌针的联合运动,实现了对原设备的改装,完成了回填式搅拌摩擦点焊装备的研制。使用自主搭建的回填式搅拌摩擦点焊设备进行工艺试验,在焊接转速1800r/min、下扎速度60mm/min、扎入深度2.8mm工艺参数窗口下,焊点宏观成形美观,匙孔回填均匀,焊点表面无明显焊接缺陷产生。在此工艺参数下,搅拌区在搅拌针挤压搅拌作用下组织细小致密,在焊接热循环及机械搅拌作用下,热机影响区晶粒大小不一、热影响区晶粒较为粗大;整个焊接接头硬度呈“W”分布,焊接接头产生明显的软化现象,搅拌区最高硬度为79HV,为母材的82.3%,在热影响区与热机影响区的分界处硬度达到了最低58HV,为母材硬度的60.4%。对接头进行拉伸试验,焊点断裂主要为三种断裂方式:塞形断裂、界面断裂及母材断裂;随着转速、下扎速度及下扎深度的增加,接头的最大抗剪力均呈先增大后减小趋势。在微观分析过程中,还发现了回填式搅拌摩擦点焊典型形貌Hook,随着焊接转速的提高,Hook角度逐渐增大,Hook形貌从锐利的“V”形逐渐转变为波浪形;随着下扎深度的增加,Hook角度逐渐增加;随着下扎速度的增加,Hook角度逐渐减小;当热输入越多,Hook越小,接头的有效承接面积增加,力学性能加强。