本文首次提出了随焊冲击碾压控制焊接应力变形防止热裂纹新方法,通过前后冲击碾压轮对焊接接头的不同部位实施一定频率的同步冲击碾压作用,控制、调整焊缝区的应变场和塑性流变场的分布,从而有效地防止了焊接热裂纹,同时将接头的残余变形控制在较低的水平,强化了接头的薄弱环节,改善了残余应力的分布状态.应用这种方法,实现了高强铝合金薄壁结构低应力小变形无热裂焊接,尤为重要的是第一次真正实现了平面封闭焊缝残余应力变形的随焊控制.本文选取空气锤作为冲击动力源,并根据防裂和控制焊接变形的要求,对冲击碾压装置结构及构件尺寸进行了设计,研制出了适用于平直焊缝和平面封闭焊缝的整体式随焊冲击碾压机构.对冲击碾压轮作用下焊缝金属塑性流变行为和应变场变化进行了有限元分析,深入揭示了这种方法的作用机理:前轮迫使焊缝金属由焊趾处向焊缝中心流动,对处于脆性温度区间的焊缝金属施加一个横向挤压塑性应变,减小甚至抵消致裂的拉伸应变,防止了焊接热裂纹的产生;后轮将焊缝金属向焊缝两侧排挤,从而将焊缝金属的纵、横向压缩塑性变形和前轮对焊缝区额外施加的横向挤压应变充分碾展,减小了工件的残余变形和应力.冲击碾压轮形状对应变场和塑性流变场分布规律影响很大,在数值模拟基础上,本文提出了冲击碾压轮优化设计准则,并进行了相应的优化设计.拉伸、疲劳和三点弯曲等力学试验结果表明,随焊冲击碾压接头抗拉强度提高了17%左右,延伸率提高了73%,弯曲应力提高了11%左右,弯曲角大约提高了50%,疲劳寿命达常规焊接接头的2-3倍,接头断裂位置也由常规焊接头的焊趾部位转移到焊缝部位.接头区特别是焊缝中心和焊趾部位硬度也有了明显提高,说明接头软化区重新得到强化.金相组织和断口形貌对比观察研究表明,随焊冲击碾压能够使得晶粒细化,消除热裂纹,减少气孔、缩孔等焊接缺陷;随焊冲击碾压焊缝断口形貌呈现典型的塑性断裂的特征.