鋁合金超聲輔助攪拌摩擦焊接工藝研究進展*

石 磊，肖亦辰，武傳松，宿 浩，劉小超，高 嵩

（1. 山東大學，濟南 250061；2. 東南大學，南京 211189；3. 齊魯工業大學（山東省科學院），濟南 250353）

鋁合金是輕質合金材料的典型代表，是產量最大的有色金屬材料，是制造運載工具的關鍵輕量化材料，廣泛應用于航空航天、軌道交通等領域[1–2]。在鋁合金的實際工程應用中，通常需要進行焊接。然而，采用熔化焊方法進行鋁合金焊接時，非常容易出現氣孔、熱裂紋和合金元素燒損等問題[3–5]。攪拌摩擦焊 （Friction stir welding，FSW）作為一種固相連接方法，主要是通過攪拌頭與工件之間的摩擦生熱，使攪拌頭附近的材料熱塑軟化，并在攪拌頭的攪拌作用下使焊縫兩側的材料發生流動與混合，隨著攪拌頭的行進在其后方形成焊縫[3，6]。FSW 能夠避免鋁合金熔化焊接時因材料的熔化與凝固而產生的焊接缺陷，已成為鋁合金的優選焊接工藝方法[5，7–12]。

隨著各種新型高性能鋁合金的不斷涌現，常規FSW 在新型高性能鋁合金焊接方面仍存在一些不足，例如： （1）高性能鋁合金FSW 接頭性能仍有待進一步提升； （2）常規FSW 焊接過程的載荷較大，工藝柔性差，裝夾要求高； （3）在鋁與其他材料的異種FSW 焊接時，接頭金屬間化合物層仍較厚，限制了接頭性能的提升。因此，尋求更為優異、高效、可靠、低成本的FSW 改型新工藝一直是FSW 焊接領域的研究熱點。為此，國內外學者研發了多種FSW 的改型技術[4，11，13–14]。這其中，超聲能量作為一種機械能，具有改善材料塑性變形的能力，將超聲能場應用于FSW 改型就自然而然進入了研究者的視野，近年來也得到了快速發展和廣泛關注[15–19]。……