铝合金等轻量化材料已被广泛应用于航空和航天制造领域,由于产品的特殊性,对其焊后接头的疲劳性能有着很高的要求。搅拌摩擦焊(FSW)是一种新型的固相连接技术,在焊接铝合金、特别是硬铝合金方面有着巨大的技术优势。目前尽管国内外学者已对铝合金FSW工艺参数、组织结构、焊接缺陷等方面进行了许多研究,但对疲劳性能的研究相对较少,因此加强对铝合金疲劳行为的研究,对于推广FSW技术显得尤为迫切。本文以2024-T4、5A06-TH112、6061-T6以及7075-T6铝合金为研究对象,采用试验方法对其搅拌摩擦焊接接头的疲劳断裂行为、微观组织、接头形式、焊接缺陷及疲劳载荷的影响进行了详细研究。疲劳试验结果表明,铝合金搭接接头疲劳断裂位置位于搭接面钩状缺陷处,对接接头疲劳断裂则发生在焊缝根部中心位置;铝合金搭接和对接接头对应于应力比0.5时疲劳性能均优于对应于0.1时的疲劳性能,且材料强度越高时,应力比的影响也更明显。搭接接头对应于N=2 ? 106的疲劳强度特征值为17.94MPa,而对接接头所对应的特征值则为100.63MPa,对接接头的疲劳性能明显好于搭接接头。在短寿命区,母材塑性较好的铝合金具有更好的疲劳性能;而在长寿区,母材对接头疲劳性能的影响不明显;焊接缺陷对接头疲劳性能的影响显著。金相试验发现,FSW对接和搭接接头均可分为四个区域,即焊核区、热机影响区、热影响区以及母材区。焊核区组织为均匀、细小的等轴晶粒,热机影响区的晶粒因受到搅拌作用发生了较大的变形,热影响区晶粒粗大;但由于接头型式和形成焊缝的方式不同,对接和搭界焊缝的不同区域具有明显的特征;对接接头由于焊缝根部的特殊性,有可能产生特殊的根部缺陷,依赖于铝合金的类型;而搭接接头在焊缝搭接面处存在较为严重的“钩状”或弱连接缺陷,部分对接接头在根部则存在未焊透缺陷,这些缺陷在接头处产生了严重的应力集中,降低了接头的疲劳性能。显微硬度试验表明,采用搭接形式的2024、5A06以及6061铝合金接头上板硬度均呈“W”型分布,硬度最小值出现在焊接热影响区,下板分布规律均不大明显;7075铝合金对接接头硬度分布与2024等铝合金上板分布类似。断口扫描分析发现,铝合金2024与7075试样断口比较粗糙,而5A06与6061铝合金试样断口则较平整;所有铝合金的裂纹源区均位于焊缝中易于引起应力集中的缺陷或含有强化相的位置。瞬断区均含有韧窝,表明断裂方式为塑性断裂。