基于丝材填充与改良套筒的无减薄高力学性能铆接式搅拌摩擦点焊技术研究

本刊推荐：本研究针对传统RFSSW（Refill Friction Stir Spot Welding）存在的焊点减薄、钩状缺陷（hook）和结合韧带弱化等问题，创新性地提出丝材填充式RFSSW（W-RFSSW）并结合改良套筒结构。通过侧向送丝补偿材料损耗，利用梯形槽套筒增强材料垂直流动与混合，使接头剪切强度提升63.5%（达13106±143?N），钩状缺陷角度从59°增至117°，显著改善应力集中与材料流动，为高强耐腐蚀铝合金连接（如5A06/2219）提供了新方案。

　　

Highlights

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  通过夹持器侧壁进行丝材侧向送丝（paraxial feeding），在材料抵达上板表面前即被工具接触并切断，实现了精确的填充控制与高效的材料利用。
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  改良套筒的梯形凹槽如同机械“铲斗”，显著增强垂直方向材料流动（vertical material flow）与混合效果，提升剪切应变与产热，促进剧烈塑性变形（severe plastic deformation）。
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  与传统RFSSW相比，采用改良套筒的W-RFSSW接头强度从8015±2438?N提升至13106±143?N，增幅达63.5%，钩状缺陷（hook）角度从59°增大至117°，有效缓解应力集中。
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  该方法为材料缺损型接头提供了全新解决方案，显著提升接头性能，兼具钩状缺陷缓解与充分材料流动的优势。

Material flow behavior of W-RFSSW with modified sleeve

图13展示了采用改良套筒的W-RFSSW工艺示意图。与传统RFSSW相比，W-RFSSW额外包含填充、切割与复位阶段。初始阶段，夹持器定位于上板表面，在整个焊接过程中保持恒定下压力；静止且不旋转的工具位于填充孔上方。随后，填充材料被送入填充孔，同时套筒与针轴以相同速度共转，驱动材料向下流动。改良套筒的梯形凹槽结构增强了材料的垂直输运与搅拌效率，通过机械“铲动”作用促进材料在焊接区内的充分混合与塑性变形，从而提升接头整体质量与力学性能。

Conclusions

本研究提出采用侧向送丝与改良套筒的W-RFSSW技术，以解决RFSSW固有缺陷。通过系统评估三种工艺的宏观结构、微观特征与力学性能，得出以下主要结论：

1. 1.
   通过夹持器侧壁进行丝材侧向送丝，填充材料在抵达上板表面前即被工具接触并切断，实现了精确的填充控制与高效材料利用。
2. 2.
   改良套筒的梯形凹槽显著增强了垂直方向材料流动与混合，提升了剪切应变与产热，促进了剧烈塑性变形效应。
3. 3.
   与传统RFSSW接头相比，采用改良套筒的W-RFSSW接头强度提升63.5%，钩状缺陷角度增大至117°，有效缓解了应力集中。
4. 4.
   该方法为材料缺损型接头提供了全新解决方案，显著提升了接头性能，兼具钩状缺陷缓解与充分材料流动的优势。