回填式搅拌摩擦点焊是德国GKSS于1999年提出的一种新型固相点焊技术。由于此焊接方法在铝合金等轻质材料的连接上具有无可比拟的优势,目前已成为铝合金点焊技术研究的热点领域。为了验证此焊接方法对不同铝合金的焊接性,本文选用2024-T3、2024-T4、5052-H112及7075-T6铝合金,对同种和异种铝合金回填式搅拌摩擦点焊过程中应用基础问题进行了深入研究。研究了同种和异种铝合金的回填式搅拌摩擦点焊连接机理,分析了焊接工艺参数对接头显微组织、焊接缺陷及力学性能的影响,并重点讨论了该点焊过程中固有焊接缺陷的形成机制及其与接头力学性能的交互作用。通过工艺试验发现不同铝合金的冶金特性与热塑性流动性是影响回填式搅拌摩擦点焊过程的关键因素,其次是焊接工艺参数旋转速度与焊接时间。在本次试验中对0.8 mm厚度7075-T6铝合金当旋转速度为2100 rpm、焊接时间为3-3.5s时,可得到组织致密的接头;对2 mm厚度2024-T4铝合金当旋转转速为1800rpm及焊接时间为6 s时,可获得回填较为充分、组织致密的冶金连接焊缝;但对2 mm厚度5052-H112铝合金由于表面包铝层的影响,在转速为1500-2100 rpm及焊接时间为3-5 s范围内均未获得无缺陷的点焊接头;对2 mm厚度2024-T4/5052-H112异种铝合金点焊过程当焊接工艺为1500-2000 rpm和4-5 s范围时,可得到组织致密冶金连接接头;但对2 mm厚度2024-T3/7075-T6异种铝合金点焊过程,在1500-2000 rpm及4-6 s的工艺范围内均未获得无缺陷点焊接头。与传统搅拌摩擦焊比较,回填式搅拌摩擦点焊的旋转速度明显较高(?1500rpm),低旋转速度下很难获得无缺陷的焊缝。对同种与异种铝合金回填式搅拌摩擦点焊接头组织特征进行了详细分析。试验表明,点焊缝区域组织与传统搅拌摩擦焊缝具有类似分区;可划分为搅拌区、热力影响区、热影响区及母材。对0.8 mm的7075-T6铝合金而言,由于材料在焊接过程中流动的特殊性,在搅拌区内形成了热力影响区;在5052-H112铝合金搅拌区内由于应变速率不同,形成的等轴再结晶晶粒尺寸不同,呈分层分布状态。对铝合金回填式搅拌摩擦焊中所产生的特殊焊接缺陷进行了详细分析讨论。试验表明,在所有的点焊接头中,焊缝连接界面处均产生各种形态钩状缺陷,由此可见钩状缺陷是回填式搅拌摩擦点焊接头的固有特征,通过焊接工艺优化很难消除;其次围绕焊核周围会产生退出线环形低强度弱连接缺陷;此外,在有包铝层的2024及7075铝合金接头中会产生粘连韧带缺陷。这些特殊焊接缺陷的形态及分布将对点焊接头力学性能产生明显降低作用。通过金相试验首次在2024及7075铝合金回填式搅拌摩擦点焊接头中发现了液化裂纹,这表示回填式搅拌摩擦点焊过程并非完全的固相扩散连接过程。7075铝合金中液化裂纹的形成与低熔点沉淀相S(Al2CuMg)和η(MgZn2)的瞬时熔化引起的二元共晶α-Al+S或三元共晶α-Al+S+η液化膜有关;2024铝合金接头中液化裂纹的形成与二元共晶α-Al+S有关。对同种与异种铝合金回填式搅拌摩擦点焊接头的显微硬度进行了详细分析讨论。试验表明在点焊缝上板中心线上呈W形分布,在下板中心线上呈W或U形分布。对7075铝合金接头来说,接头显微硬度最高可达母材的95%;而2024铝合金接头最高显微硬度基本上与母材相当;5052铝合金接头的最高显微硬度为母材硬度的85.9%。通过拉伸试验对同种与异种铝合金回填式搅拌摩擦点焊接头的抗拉强度与断裂方式进行了详细研究。总体而言固溶强化铝合金的焊接性高于可热处理铝合金,而2024铝合金的焊接性又高于7075铝合金。0.8 mm厚7075-T6铝合金接头的最大剪切强度仅为母材的22.4%;2 mm厚2024-T4铝合金接头最大剪切强度为母材的37.9%;而5052-H112铝合金接头强度可达母材的56.4%;对2024-T4/5052-H112异种铝合金接头而言,当将2024铝合金作为上板时接头剪切强度为2024铝合金母材的39.7%,而当将5052铝合金作为上板时接头剪切强度可达5052母材的68.9%;对于2024-T3/7075-T6异种铝合金接头而言,当将7076铝合金作为上板时接头剪切强度仅为7075铝合金母材的27.5%,而当2024铝合金作为上板时接头剪切强度可达2024母材的44.5%。接头的失效位置主要位于结合面和退出线上。当裂纹沿退出线扩展时形成塞型断裂;当裂纹沿着结合面扩展时形成剪切断裂;当裂纹沿着结合面与退出线同时扩展时形成混合型断裂。在十字拉伸载荷作用下接头的失效是多种焊接缺陷交互作用的结果,因而失效模式较多,且力学性能较低。必须指出的是由于在结合面处存在钩状缺陷、粘连韧带或未焊合缺陷,因而塞型断裂为接头最佳失效模式。