铝锂合金是新一代轻质、高强合金材料,广泛应用于航空航天领域,但铝锂合金熔焊时易产生裂纹、气孔和合金元素烧损等问题,严重降低接头的力学性能。搅拌摩擦焊（Friction Stir Welding,FSW）作为一种固相焊接方法,能够克服熔焊方法的不足,广泛运用于铝锂合金的焊接。对高强铝锂合金进行FSW焊接时,若采用较高的焊接速度容易导致焊核区塑性材料流动性不足,接头易出现孔洞、未焊合等缺陷;而若采用较低的焊接速度,过高的焊接热输入和焊接温度也会导致焊缝晶粒粗化,析出相溶解等问题,严重影响接头的力学性能,上述原因使得铝锂合金的FSW焊接效率较低、工艺窗口较窄,且仍存在一定程度的接头软化。在FSW过程中附加外场能量,能够调控FSW焊接热力耦合过程,具有改善常规FSW焊接不足的潜质,但目前附加外场对铝锂合金搅拌摩擦焊接头微观组织及力学性能的影响机制仍不清楚。为此,本文通过附加超声能场与急冷场,开展了第三代2195铝锂合金的常规搅拌摩擦焊、超声振动强化搅拌摩擦焊接（Ultrasonic Vibration enhanced Friction Stir Welding,UVeFSW）和急冷辅助搅拌摩擦焊（Splat Cooling assisted Friction Stir Welding,SCaFSW）工艺试验研究,探究了外加超声能场和急冷场对铝锂合金FSW接头组织与性能的影响。首先,对2 mm厚的2195-T6板材进行对接焊工艺试验,系统研究了不同焊接工艺参数条件下常规FSW、UVeFSW与SCaFSW三种焊接方法所获的焊缝成形特征。结果表明,与常规FSW相比,施加超声可以改善接头表面成形,促进焊缝塑性材料流动,消除接头内部的S线缺陷,扩大焊核区的宽度;而施加急冷外场降低了焊接热输入和高温停留时间,使得焊缝表面变得粗糙,减小了焊核区顶部与底部的宽度,且在FSW焊接热输入较低时,施加急冷外场容易使接头产生隧道和孔洞缺陷。随后,利用背散射电子衍射（EBSD）与透射电子显微镜（TEM）技术对三种焊接工艺条件下接头焊核区的微观组织进行系统分析。发现在2195铝锂合金的FSW过程中,施加超声外场提高了接头焊核区晶粒的再结晶程度,细化了焊核区晶粒;而施加急冷外场降低了焊接热输入,能够抑制接头焊核区的晶粒粗化,但施加急冷外场使焊核区晶粒的再结晶程度降低。对接头微观织构的分析表明,施加超声不改变焊核区的主要织构类型,但织构强度略有增加;而施加急冷外场促使接头焊核区中部出现更多剪切织构。对接头焊核区析出相的分析发现,FSW接头焊核区的析出相存在局部聚集现象;而UVeFSW接头焊核区的位错密度和析出相的密度均高于常规FSW接头,同时,微米级析出相也更弥散细小。相比于FSW与UVeFSW,SCaFSW接头焊核区的位错密度最高,但纳米级析出相的密度低于UVeFSW,且焊核区存在一定数量的大尺寸析出相。最后,系统分析了不同焊接工艺参数条件下,施加超声外场和急冷外场对2195铝锂合金FSW接头力学性能的影响规律。结果表明,施加超声振动能够提升接头的强度与断后伸长率,扩大焊接工艺窗口,且在FSW焊接热输入较低的情况下,超声对接头抗拉强度的提升效果较为明显。施加超声提高了接头焊核区和热机影响区的硬度值,而且热影响区的硬度值也有所增加。在焊接热输入较高的工艺参数条件下,施加急冷可以显著提高接头的抗拉强度,但降低接头的断后伸长率。在所研究的工艺参数范围内,FSW、UVeFSW和SCaFSW接头抗拉强度最大值分别为459.9 MPa、467.4 MPa和502.7 MPa,接头强度系数分别达到85.0%,86.4%和93.0%。但在FSW焊接热输入较低的条件下,施加急冷外场导致SCaFSW接头出现隧道缺陷,其抗拉强度低于FSW接头。研究结果表明,在2195铝锂合金FSW过程中,施加超声振动能量,促进了焊缝金属的塑性流动,扩大了焊接工艺窗口,接头的成形、组织均匀性与综合力学性能均得以提高;而施加急冷,能够抑制焊接热输入较高条件下的接头软化,细化接头焊核区的晶粒组织,显著提高接头的抗拉强度,但降低了接头的断后伸长率,而在热输入较低时,施加急冷容易引起焊接缺陷,弱化接头的力学性能,使得焊接工艺窗口变窄。