双轴肩搅拌摩擦焊是传统搅拌摩擦焊的一种改进,该方法既保留了搅拌摩擦焊半固态连接的优点,又改善了传统搅拌摩擦焊焊接效率较低、焊缝根部缺陷等问题,因此具有很高的研究和应用价值,无论在国内还是国外均受到了极高的关注。本文采用优化设计的双轴肩搅拌头对6mm厚LF21铝合金进行双轴肩搅拌摩擦焊试验,分析了主轴转速、轴肩下压量、焊接速度对焊缝接头的宏观形貌、微观组织、力学性能的影响。并将双轴肩搅拌摩擦焊与常规的单轴肩搅拌摩擦焊和单轴肩双面焊的焊缝接头进行组织、力学性能、耐蚀性能对比,分析了不同种类搅拌头对焊缝成形的影响。焊接试验表明:双轴肩搅拌摩擦焊焊缝接头在一定的工艺区间内成形良好、内外无缺陷的焊缝,焊缝横截面形状呈“马鞍状”,接头上、中、下部分的硬度分布整体均呈“W”形,母材硬度最高、热影响区最低,热机械影响区硬度介于母材与热影响区之间,随着转速的上升,焊缝热影响区和机械热影响区发生软化现象,硬度下降,区间扩大,焊缝断口从混合断裂逐渐变为韧性断裂,抗拉强度呈先上升后下降的趋势。随着焊接速度的增加焊缝单位长度热输入减少,焊缝抗拉强度和延伸率都得到提高,随着焊接速度的提升呈现先上升后下降的趋势。单轴肩搅拌摩擦焊焊缝呈“漏斗形”、双轴肩搅拌摩擦焊焊缝呈“马鞍形”焊缝中心存在一个“汤匙”形状的交汇区域、单轴肩双面焊搅拌摩擦焊焊缝整体形状与双轴肩搅拌摩擦焊形状相似,但焊缝中心处无“汤匙”形状的交汇区域。拉伸试验中三种焊缝的抗拉强度相近,从强度、位移曲线发现焊缝冷作硬化现象T-FSW>BT-FSW>D-FSW,导致焊缝延伸率D-FSW>BT-FSW>T-FSW。利用强度、位移曲线进行积分运算,发现双轴肩搅拌摩擦焊在断裂前具有最大的断裂能。三种接头都呈现韧性断裂。电化学腐蚀试验表面双轴肩搅拌摩擦焊的上、下表面耐腐蚀性具最强的,单轴肩搅拌摩擦焊焊缝下表面的耐腐蚀能力最差,与表面腐蚀试验现象一致。利用背散射和能谱对腐蚀表面进行分析发现,焊缝与轴肩接触面具有数量更多、更加弥散的Mg、Si第二相,一方面第二相可以优先形成致密的氧化物防止腐蚀进一步进行,另一方面第二相析出造成基材合金成分减少,抗腐蚀能力提高。