本文由南京航空航天大学材料科学与技术学院的Yinfei Yan、Yifu Shen、Haobin Lei、Junyi Zhuang和Junping Li共同完成，研究论文发表在《Journal of Materials Processing Technology》2020年第278卷，标题为《Friction Lap Welding AA6061 Alloy and GFR Nylon: Influence of Welding Parameters and Groove Features on Joint Morphology and Mechanical Property》。该研究通过摩擦搭接焊接技术（Friction Lap Welding, FLW）将玻璃纤维增强尼龙6（Glass Fiber Reinforced Nylon 6, GFR Nylon 6）与AA6061-T6铝合金进行连接，重点探讨了焊接参数和槽结构对焊接接头形态和力学性能的影响。
学术背景
随着汽车和航空航天工业对轻量化材料的日益关注，铝合金和纤维增强热塑性复合材料因其低密度和高强度重量比被广泛应用。然而，由于铝合金与聚合物在物理和机械性能上的巨大差异，传统的粘接和机械连接技术存在诸多不足。因此，开发一种高效、可靠的连接技术成为研究热点。摩擦基焊接技术（如Friction Stir Welding, FSW）因其低能耗、无烟气排放等优势，被广泛用于异种材料的连接。本研究在此基础上，提出一种新的摩擦搭接焊接技术，通过在铝板表面设计沟槽并插入GFR尼龙填充物，研究了焊接参数和沟槽结构对焊接接头性能的影响。
研究流程
1. 材料准备
研究使用AA6061-T6铝合金和GFR尼龙6板材，分别切割成120×120×3 mm³和120×120×4 mm³的尺寸。GFR尼龙6中含有25%的短切玻璃纤维，随机分布在尼龙基体中。为了增加铝合金与GFR尼龙之间的机械互锁，纵向沟槽被加工在铝板的搭接表面，并在焊接前将矩形GFR尼龙填充物插入沟槽中。
焊接实验
研究采用无针工具（肩部直径18 mm）进行焊接实验。实验中设置了不同的旋转速度（n）、焊接速度（w）和压入深度（d），并研究了沟槽数量（g）和几何形状（θ）对焊接接头性能的影响。焊接过程中，使用K型热电偶监测焊接温度。
微观分析与力学性能测试
焊接接头的横截面形貌通过光学显微镜进行分析，并通过扫描电子显微镜（SEM）观察断裂形貌。接头的拉伸剪切载荷使用微机控制电子万能试验机测试，断裂位移和拉伸载荷数据被记录和分析。
主要结果
1. 焊接参数对焊接接头形貌的影响
研究发现，高旋转速度和大的压入深度会导致过量的摩擦热输入，进而引起GFR尼龙材料的挤出和孔洞状凝固层的生成。焊接速度的增加则导致单位摩擦热输入减少，加热时间缩短，从而在AA6061与GFR尼龙之间形成间隙，并使填充物与GFR尼龙基体之间的连接不完全。
焊接参数对力学性能的影响
在拉伸剪切测试中，观察到三种典型的断裂形貌：纯剪切断裂、孔洞状凝固层撕裂以及伴有部分填充物拔出的剪切断裂。结果表明，增加旋转速度和压入深度虽然会导致材料降解，但由于连接面积的增加，接头的拉伸剪切载荷显著提高。
沟槽特征对力学性能的影响
通过对比不同数量和几何形状的沟槽，研究发现，增加沟槽数量可以有效提高接头的断裂载荷和位移。45°内部角度的沟槽在提高接头性能方面优于90°的沟槽。
结论
本研究通过摩擦搭接焊接技术成功连接了AA6061-T6铝合金与GFR尼龙6，并系统地研究了焊接参数和沟槽结构对焊接接头形貌和力学性能的影响。研究表明，高旋转速度和大的压入深度会导致材料挤出和孔洞状凝固层的生成，而增加焊接速度则会导致连接不完全。沟槽的引入显著提高了接头的力学性能，45°内部角度的沟槽和多沟槽设计在增强接头性能方面表现出色。
研究亮点
1. 本研究首次系统探讨了摩擦搭接焊接技术在铝合金与GFR尼龙连接中的应用，为异种材料连接提供了新的技术路线。
2. 通过沟槽设计显著提高了接头的机械互锁性，为类似研究提供了重要的实验依据。
3. 研究结果对汽车和航空航天工业中的轻量化材料连接具有重要的应用价值。
其他有价值的内容
本研究得到了中国国家自然科学基金（No. 51475232）和南京航空航天大学优秀博士论文资助项目（No. BCXJ18-08）的支持，进一步增强了研究的学术价值和影响力。