火箭发动机燃料输送主管道是铝/钢异种金属复合结构,要求铝/钢搭接接头的高承载能力和良好的密封性。该产品目前采用钎焊技术生产,然而钎焊接头界面金属间化合物不易控制,产品质量不稳定,成品率不超过50%,迫切需要开发新技术实现铝/钢异种材料高质量焊接。此外,铝/钢复合结构是实现汽车轻量化的重要途径,实现铝/钢异种材料高质量焊接也是汽车行业的迫切需求。本文对3mm厚6082-T4铝合金与2mm厚QSTE340TM钢异种金属铆接辅助搅拌摩擦焊新方法进行了研究,揭示了自铆接搅拌摩擦焊材料流动行为,研究了预制孔排布方式对于外源铆接搅拌摩擦焊接头微观组织和力学性能的影响规律,阐明了强形变作用下界面的成形特征,分析了铝/钢外源铆接搅拌摩擦焊接头的连接机制。通过进行铝/钢自铆接搅拌摩擦焊试验,研究接头宏、微观组织特征、材料流动行为和力学性能特点。研究结果表明,接头由焊核区、热机影响区、热影响区、母材和自铆接结构区组成。从组织形貌、材料流动行为和硬度分布三个方面说明了自铆接结构区实质由焊核区和热机影响区构成。塑性铝合金的填孔行为被分为四个阶段,填充每一个孔的过程就是重复第二到第四阶段的过程。拉伸剪切测试中接头发生搭接面断裂和铝铆钉剪切断裂,分别对应于拉剪曲线上的两次陡降。目前自铆接结构区承载能力仍较弱,继续提高铆钉的承载能力可进一步提高接头承载能力。通过进行铝/钢外源铆接搅拌摩擦焊试验,探究孔不同排布方式对于接头组织和性能的影响规律,从而优化焊接工艺。孔采用间歇性半通孔锯齿形方式排布时,解决了铆接区上方SiC颗粒稀少的问题,兼顾了钢侧的承载面积,并在转速1000rpm,焊速200mm/min参数下,接头承载能力最高,为12.55kN,单位长度焊缝最大承载为608N/mm。断裂发生在铝侧SiC混合区与热机影响区分界处,这是由于界限左侧局部SiC混合区弹性模量高于铝合金52%,拉伸过程中,该处发生变形不协调成为裂纹源。观察铝/钢外源铆接搅拌摩擦焊接头界面的组织特征,发现接头界面存在铝钢叠层结构、Fe4Al13-SiC双相颗粒弥散复合结构和金属间化合物三种特征。叠层结构是铝、钢塑性剪切层不断填充搅拌针后侧空腔并逐渐叠加的产物,按照形状分为弯曲型和平直型,其中弯曲型叠层结构主要由富铝金属间化合物构成,平直型叠层结构主要由富铁金属间化合物构成。颗粒弥散复合结构是块状叠层结构外围的Fe4Al13层在搅拌针作用发生破碎,且与SiC颗粒交织在一起形成的Fe4Al13-SiC双相颗粒弥散复合结构。界面处发生铝、钢原子互扩散生成了金属间化合物,且相同条件下,Fe原子在固态Al中扩散速度大于Al原子在固态Fe中的扩散速度。对铝/钢外源铆接搅拌摩擦焊接头连接机制进行研究,揭示了SiC强化铆钉的作用机制及搅拌针实际压入量对金属间化合物的影响。接头连接机制包括宏观机械结合、微观机械结合和冶金结合。宏观机械结合由SiC颗粒增强铆钉结构发挥作用,SiC强化铆钉结构的机制包括位错强化、弥散强化和细晶强化。具有微观机械结合作用的结构包括钩状结构、钢表面弧形纹、微凹坑和嵌入钢中的SiC颗粒。金属间化合物的形成是热激活和形变激活原子扩散共同作用的结果,同一焊缝不同位置处的搅拌针实际压入量不同导致局部温度和金属变形程度不同,进而导致金属间化合物形状、种类和厚度存在差异。