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摘要：随着科学技术的发展,铝合金在航空航天、军事、民用等领域应用愈加广泛,搅拌摩擦焊(FSW)作为固相连接技术,因能有效避免裂纹、气孔等缺陷而成为铝合金板焊接的首选工艺。但搅拌摩擦焊也存在着一定的局限性,本文在铝合金搅拌摩擦焊的基础上将超声波导入焊接过程,即超声辅助搅拌摩擦焊(UAFSW),研究超声波的助焊效应。首先采用Ansys有限元软件建立了2024-T4铝合金三维搅拌摩擦焊和20kHz、25kHz的超声辅助搅拌摩擦焊模型,分析了在同样焊接速度和转速条件下,FSW以及20kHz、25kHz的UAFSW温度场分布,并进行了对比,发现超声的导入能降低焊接过程中焊缝成型的温度,20kHz的UAFSW峰值温度比FSW低,而25kHz的UAFSW峰值温度又比20kHz的稍低,并用红外热像仪对整个焊接过程进行了测量,验证了模型的正确性。实验采用1.8mm2024-T4铝合金薄板进行了FSW和UAFSW实验,通过大量系统的实验摸索出铝合金薄板的较佳FSW和20kHz、25kHz的UAFSW焊接工艺参数范围。做了相应的对比分析实验,结果发现FSW焊缝表面宏微观形貌与UAFSW焊缝表面宏微观形貌有明显区别,后者比前者更加规则平整,纹理也更加清晰；UAFSW接头性能要优于FSW,而25kHz的UAFSW接头性能又要优于20kHz的UAFSW接头。实验结果显示在较佳的同等焊接参数下20kHz的UAFSW接头平均抗拉强度比FSW的高20Mpa左右,而25kHz的UAFSW比20kHz的UAFSW高5Mpa左右,且25kHz的接头延伸率也最好,硬度最高。在焊后三天内,UAFSW接头较FSW接头活泼,耐蚀性稍逊：随着时间的推移,耐腐蚀性差异逐渐消失,在焊后15天左右趋于一致。金相显微组织显示25kHz的UAFSW接头焊核区晶粒最为细小,组织均匀,硬度最高,20kHz的稍逊,FSW接头焊核区晶粒相对最粗大,硬度最低。由以上实验结果可以认为超声的导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,降低摩擦阻力,抑制缺陷的形成,细化晶粒提高焊缝抗拉强度,增加焊缝稳定性,且随着超声频率的增大,这种积极作用与效应更趋明显。