2系铝合金在航空航天领域应用广泛,但目前采用常规的铆接和螺栓连接技术将构件连接在一起存在许多不足。比如增加了机体结构重量;使主结构产生多个应力源,降低结构强度和缩短飞机寿命等。而搅拌摩擦焊作为一种固相焊接方法,具有避免传统熔焊所出现的气孔、偏析、凝固裂纹等缺陷的优势。但搅拌摩擦焊接头也有自身的缺陷,如焊缝内部孔洞和顶板减薄等。搅拌摩擦搭接焊作为其中一种形式,其接头还有其特有的Hook和冷搭接缺陷。针对搅拌摩擦搭接焊接头自身的问题,本文以2A12-T42铝合金为材料,探究工艺参数对搅拌摩擦搭接焊接头成形、显微组织及力学性能的影响,建立焊接过程的数值模型,利用模型预测焊接过程中接头的温度场及分析材料的流动,揭示接头缺陷的形成机理,为实现接头质量控制提供理论指导。利用ABAQUS有限元软件建立了2A12-T42铝合金的搅拌摩擦搭接焊接过程的数值模型,利用该模型研究了接头的温度场和材料流动。通过深入研究典型参数的焊缝材料流动行为,提出了焊接过程中焊具周围的材料流动的三维模型。分析了工艺参数对接头材料流动特征的影响,发现随着焊速、转速、下压量和倾角的增加,焊缝材料的流动性分别呈现减弱、增强、增强和先增后减的趋势。搭接界面以下的材料聚集区的材料向焊缝表面流动而挤压搭接界面,导致了前进侧和后退侧的界面上移。焊缝内部孔洞的形成是材料流动不充分和下压量过大引起的。增加在搭接界面下方的材料聚集区的材料或者增加材料聚集区在搭接界面以下的深度会导致Hook和冷搭接的高度增加。而增加顶锻压力,则会导致钩子和冷搭接的高度减小。有效搭接宽度与焊缝热输入以及焊缝底部的材料聚集区对界面的横向压力密切相关,增加热输入和界面受到的横向压力会导致焊缝的有效搭接宽度增加。焊核区的晶粒发生完全动态再结晶,晶粒为细小的等轴晶粒,沉淀相只有过剩相T相;热机影响区的晶粒部分发生再结晶,晶粒部分为变形后的晶粒,部分为细小的等轴晶粒,除了T相之外还含有少量的S相;热影响区的晶粒发生粗化,晶粒形态与母材的晶粒形态相同,但尺寸比母材的大,S相的含量较多。随着焊速、下压量和倾角的增加,焊核区的平均晶粒尺寸分别呈现逐渐增加、先增后减、先减后增的趋势。随着焊速、下压量和倾角的增加,热机影响区的平均晶粒尺寸分别呈现先增后减、先增后减和先减后增的趋势。随着在热输入的降低,上板的显微硬度的分布由“W”形转变为“U”形,下板的显微硬度由“W”形转变为倒“V”形或是倒“U”形。随着焊速、转速、下压量和倾角的增加,接头拉剪失效载荷呈现先增加后减小的趋势。接头断裂存在三种模式,分别为发生在前进侧下板的热机影响区和焊核区界面附近的拉伸断裂、发生在后退侧的冷搭接最高点的拉伸断裂和断裂路径贯穿焊核区的剪切断裂。内部孔洞,重新分布的包铝以及较小的有效板厚和有效搭接宽度严重降低了接头的抗拉载荷。包铝存在的位置的断口形貌中的韧窝细小,包铝与基体之间的结合强度较低。显微组织对接头的显微硬度的影响较大,对抗拉载荷影响较小。