载流-搅拌摩擦焊接热效应及其组织结构变化规律

针对搅拌摩擦焊钢的难题及改善摩擦焊接质量的需要，采用载流-搅拌摩擦焊接（RFSW）新技术，融合内生电阻热与摩擦热的综合作用而形成优质接头，开展其载流摩擦学与摩擦金属学特性的研究。使用工艺实验、物理模拟、数值模拟相结合宏微观并重的研究方法，探索载流搅拌摩擦焊界面产热行为与连接过程的核心问题，明确载流摩擦热效应与焊缝显微组织、相转变、元素扩散、塑变流动、再结晶、Hall-Petch力学特征的微观关系，揭示载流方式、材料成分、焊缝性能、搅拌头耗损、缺陷容忍度之间相互影响的宏观规律，阐明载流搅拌摩擦焊接界面的力学行为、焊缝金属塑变流动机制和接头缺陷产生的机理，建立中高熔点金属材料搅拌摩擦固相焊接新方法，丰富低熔点轻金属载流搅拌摩擦焊接系统理论，为发展载流摩擦金属学工程应用新领域奠定科学基础。

搅拌摩擦焊接技术在工程应用中依然受到许多挑战，为了解决这些科学技术难题，本课题创新地提出载流-搅拌摩擦焊接新方法，以通过融合内生电阻热与摩擦热的综合作用，施加并行热源的途径，形成优质接头和解决科学问题，拓宽搅拌摩擦焊接的工程应用领域。本课题首次建立了载流-搅拌摩擦焊接热效应的数学物理模型，采用工艺实验、数值模拟相结合的研究方法，选用铝合金、镁合金、不锈钢、碳钢等典型材料，对比分析了常规和载流-搅拌摩擦焊接行为的热效应、残余应力、疲劳性能、材料流动、微观结构等特征，开展了载流摩擦学与金属学特性的研究，阐明载流搅拌摩擦焊接界面的力学行为、焊缝金属塑变流动机制和接头缺陷产生的机理，并且采用3D打印增材制造技术制造加工了新型结构的搅拌工具，探索了常规和载流条件下搅拌头的耗损和使用寿命之间关系，研究发现，载流能够改善搅拌摩擦焊缝的微观结构和力学性能，全面提高接头的焊接质量，扩大搅拌摩擦焊接有效工艺窗口和缺陷容忍度，减少了材料的焊接性限制和搅拌头的磨损，延长搅拌工具的使用寿命，本研究初步建立了载流摩擦焊接基础理论系统，为发展载流摩擦金属学工程应用新领域奠定科学基础。