近日，bwin必赢武传松教授课题组在超声辅助镁/铝异质合金薄板搅拌摩擦搭接研究方面取得新进展，相关研究成果以“Elucidating the process mechanism in Mg-to-Al friction stir lap welding enhanced by ultrasonic vibration”为题，发表于材料科学领域国际顶级期刊Journal of Magnesium and Alloys（影响因子17.6，在全球79种冶金科学与工程SCI收录期刊中排名第1）。我院2023届博士毕业生翟明为该文第一作者，武传松教授为通讯作者，山东大学为唯一完成单位。

当前，随着节能减排环保标准的不断提高，交通运载器具制造业对于镁/铝异质合金复合构件等轻量化结构有迫切需求。薄板镁/铝复合件一般是搭接型式，搅拌摩擦搭接焊（FSLW）是重要的成形工艺。辅加超声能场可以有效提高焊接效率和质量，但是其在镁/铝异质合金超声振动辅助搅拌摩擦搭接焊（UVeFSLW）中的作用机制尚未得到阐明。武传松教授课题组建立了考虑超声效应的UVeFSLW过程模型；为提高模型的预测精度，采用与温度和应变率相关的表达式来计算焊核区不同区域的晶粒尺寸，定量分析焊核区晶粒尺寸分布对超声作用的影响。结合数值分析结果与实验测试结果，揭示了超声振动与FSLW过程的作用机制。发现施加超声振动时，焊接温度略有下降，焊缝中镁/铝交界处金属间化合物IMCs厚度降低；塑性材料在水平方向的流动能力提升，而向上流动的能力下降；塑性材料绕过搅拌头后在搭接界面附近的竖直方向分布更加均匀，增大了焊缝横断面的尺寸参数（有效搭接宽度ELW、有效剪切厚度EST），使得接头断裂模式由FSLW接头的脆性断裂转变为UVeFSLW接头的韧性+脆性断裂。因此，超声效应提升了镁/铝搭接接头的拉伸剪切强度。研究结果为优化镁/铝异质合金UVeFSLW工艺参数和实现接头组织与性能的调控提供了理论依据与技术支撑。

本项研究工作得到了国家自然科学基金重点项目（52035005）的资助。

图1 镁/铝搅拌摩擦搭接焊（UVeFSLW）过程中的超声作用机制示意图. (a)搭接温度场和流场; (b) 焊缝宏观金相、金属间化合物和接头断口扫描电镜图像; (c) 搭接接头的拉伸剪切强度

论文网址：

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S221395672300227X?via%3Dihub

https://doi.org/10.1016/j.jma.2023.09.032