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随着科学技术的发展,航空航天、军事和民用工业等领域迫切往轻量化方面靠近,铝合金薄板在这类工程中应用广泛。搅拌摩擦焊在铝合金薄板焊接方面有其独特优势,然而由于搅拌摩擦焊的局限性,在铝合金薄板焊接时易产生虚焊疏松等缺陷且稳定性能较差,需要在搅拌摩擦焊的基础上寻求新突破。2024-T4铝合金是2xxx铝合金的一种,具有高的比强度和良好的工艺加工性能,该材料在工程领域具有广泛应用前景,本文以2024-T4铝合金薄板为代表性材料,探索铝合金薄板超声辅助搅拌摩擦焊工艺,以期解决薄板焊接问题。本文采用Marc有限元软件建立了2024-T4铝合金薄板三维搅拌摩擦焊和超声辅助搅拌摩擦焊模型,该模型采用接触分析方法,考虑了温度场和位移场之间的耦合作用,同时考虑摩擦热和塑性变形热的影响；该模型分析了在相同工艺参数条件下,加超声和不加超声的温度场分布,结果发现加入超声和不加超声焊缝峰值温度分别为510。C和480℃左右,相差了30℃;通过仿真分析初步给出了焊接工艺参数范围：转速1000-2000r/min,焊接速度100-400mm/min。仿真结果为焊接试验提供了指导,试验结果与数值模拟的结果基本吻合。论文对1.8mm2024-T4铝合金薄板进行了搅拌摩擦焊和超声辅助搅拌摩擦焊实验,通过大量系统实验摸索出铝合金薄板较佳焊接工艺参数范围。做了相应的对比分析实验,通过焊缝外观、力学性能、金相组织、显微硬度和断口扫描的比较分析,实验结果发现超声搅拌焊焊缝性能要优于搅拌摩擦焊,在较佳的同等焊接参数下超声辅助搅拌摩擦焊试样平均焊后抗拉强度比搅拌摩擦焊的高10%左右,且试样强度性能更稳定;搅拌摩擦焊焊接试样缺陷率接近50%左右,而超声搅拌摩擦焊焊缝基本上没有缺陷;超声辅助搅拌摩擦焊晶粒更细小,组织更均匀,焊缝热机影响区和热影响区范围更小。从实验结果发现超声的引入对焊缝起到了一定的积极作用,能增强搅拌头周围金属流动性,抑制缺陷的形成,细化晶粒提高焊缝抗拉强,增加焊缝稳定性。图48幅,表7个,参考文献59篇。