搅拌摩擦焊（Friction stir welding,FSW）是制造大型铝合金贮箱的重要工艺。由于在长期服役过程中的应力腐蚀和周期性载荷作用,使得FSW焊缝成为火箭贮箱服役过程中的薄弱区域,因此,对FSW焊缝进行在线监测是保证火箭贮箱结构完整性和服役安全的关键一步。关于FSW焊缝缺陷检测的离线检测技术研究较多,但在线检测技术的研究较少。基于超声导波具有对表面和内部缺陷都有着较好的检出能力,且可以实现长距离、大范围的检测的明显优势,本文采用超声导波技术实现FSW焊缝的在线监测。但传统的超声导波检测焊缝的缺陷,并没有考虑焊缝自身的特性,大部分仍然采用Pitch-catch模式和高密度传感器网络布置方式,即将压电传感器布置焊缝两侧,通过超声导波穿越焊缝区域与缺陷相互作用来提取缺陷特征信息。本文针对贮箱的FSW焊缝是环形或纵向的长而窄的区域的结构特性,探索如何在焊缝区域布置尽可能少的传感器,激励出沿着焊缝方向传播的超声导波,进而实现FSW焊缝区域缺陷高效检测。本文以6mm厚的相同材料2219铝合金FSW焊接板为研究对象,研究超声波在同种材料FSW焊缝区中的传播特性及其相关影响参数,旨在为FSW焊缝在线监测提供技术支持。本文首先通过金相分析和相关材料参数测量手段,详细分析了 FSW焊接板和熔焊焊接板的微观组织结构差异,然后利用半解析有限元（Semi-analytic finite element,SAFE）法进行实际FSW模型的焊缝特征导波及其特性分析,并进行结构几何参数和材料参数的参数化分析,最后在实际的FSW实验件上布置压电传感器,采用Pulse-echo模式对焊缝区缺陷进行检测。主要的研究内容如下:（1）通过金相分析观察FSW焊接板的微观组织结构,比较了焊缝区和母材区的晶粒大小,发现焊缝区的晶粒相对于母材区是明显细化的。通过分别测试焊缝区和母材区的显微硬度、杨氏模量和密度等材料参数,发现焊缝区和母材区的显微硬度和杨氏模量是有明显差异的。因此,在后述的研究中需区分同种材料FSW焊接件焊缝区和母材区的差异。（2）在COMSOL软件中建立FSW焊接板模型,利用SAFE法计算得到FSW焊接板中各模态在特定频率下的横截面能量分布图和振动形态图,发现在中心频率范围为100kHz-210kHz时,存在能量主要集中在焊缝区及其周围的A0-like焊缝特征导波模态,并计算了其在中心频率为120kHz时的频散曲线,该模态非常适合于长距离检测。并在实际的FSW焊接板上布置压电传感器,采用Pitch-catch模式实现一发多收,比较焊缝区和母材区的接收传感器的信号幅值,验证了AO-like模态的能量主要集中在焊缝及其附近,即超声导波在FSW焊缝区存在能陷效应。（3）为探究焊缝横截面结构几何参数和焊接板材料参数对焊缝特征导波传播特性的影响,分别对焊缝宽度、焊缝横截面形状和焊缝区与母材区杨氏模量的差异进行了参数化分析。分析结果显示,以上参数对焊缝特征导波传播特性均具有影响,其中焊缝宽度和焊接板杨氏模量是焊缝特征导波形成的重要因素。焊缝宽度和焊缝横截面形状对焊缝特征导波的能量分布影响较小,当三种模态存在时,A0-like模态相较于SH0-like和S0-like模态是能量聚集在焊缝及其周围最高的。焊缝区与母材区杨氏模量的差异对焊缝特征导波传播特性的影响很显著,当母材区的杨氏模量小于焊缝区时,无焊缝特征导波存在,当母材区的杨氏模量大于焊缝区时,焊缝特征导波存在的情况各不相同。（4）为利用焊缝特征导波实现FSW焊缝中缺陷检测,首先分析了焊缝特征导波Pulse-echo模式的缺陷检测原理,通过监测并分析处理回波信号,提取缺陷与结构的信息,从而实现缺陷的定位。为进一步验证焊缝特征导波的能量相对于同厚度板中的Lamb波衰减更小,在同尺寸的FSW板和铝板中的相同位置设置相同尺寸大小的缺陷,且压电传感器布置位置相同,比较发现FSW焊接板中A0-like焊缝特征导波在缺陷处和在焊缝端面处的反射率均大于同厚度铝板中A0模态板波在缺陷处和在焊缝端面处的反射率。最后在焊缝区布置压电传感器,采用Pulse-echo模式对焊缝区缺陷进行了有效定位,尺寸为10mm × 4.5mm × 3mm缺陷定位的相对误差为0.015%,尺寸为6mm×2mm×2mm缺陷定位的相对误差为5.084%。