2024-T4为铝－铜－镁系中的典型硬铝合金，其特点是：成分合理、强度高、抗疲劳性能好、有一定的耐热性、易于成型且热处理强化效果显著，因此被广泛用于飞机结构、铆钉、卡车轮毂、螺旋桨元件及其他多种结构件。搅拌摩擦焊（FSW）是一种固相连接工艺，焊接过程中材料不发生熔化，可以避免因金属熔化产生的如焊接裂纹、气孔等缺陷，特别适用于用熔化焊方法难于焊接的轻合金，具有无气孔和裂纹、焊接变形小、焊缝强度高、疲劳性能好等优点，显示出广阔的工业应用前景。随着对FSW研究的深入，焊接过程中反复出现的一些问题也引起了人们的关注。在对铝合金薄板进行FSW焊接时常常会因为残余应力过大，而导致铝合金出现较大的翘曲变形。基于消除焊件宏观变形的目的，本文对2024-T4铝合金1.8mm厚薄板进行FSW工艺实验时，在常规的FSW工艺基础上利用一个水冷装置来对焊接区进行喷水冷却，并对焊接件的焊缝成形、焊缝组织形态和焊接接头的力学性能进行了分析。

实验用材为1.8mm厚的2024-T4铝合金薄板，抗拉强度为470MPa，其尺寸为400mm×120mm，主要化学成分为（质量分数，%）：3.8～4.9Cu，0.50Si，0.50Fe，0.3～0.9Mn，0.25Zn，1.2～1.8Mg，0.15Ti，其余为Al。FSW实验在自行研制的FSW实验机上进行，焊接形式为单道对接焊。实验用搅拌头参数：轴肩直径为6mm；搅拌针长1.6mm，端部直径为2mm。焊接时，首先控制搅拌头高速旋转钻入待焊件接缝处，待搅拌头轴肩压紧铝合金板上表面后，打开水冷装置，搅拌头沿焊缝前进完成焊接过程。焊后，先用ToshibaTOSCANER24500twin型工业CT对焊接试样做CT探伤，然后在焊接件上沿焊缝横向分别制取金相及拉伸试样。采用Instron8802型电液伺服力学实验机进行拉伸实验；用LeicaDMI5000M金相显微镜观察焊后各区显微组织；用HVA-10型维氏硬度计进行硬度测试。

用FSW方法焊接了1.8mm厚的2024-T4铝合金薄板，在搅拌头转速为2100r/min、焊接速度为120mm/min时，焊缝的抗拉强度达到了377.9MPa，接头力学性能优良。可调压的水冷装置可以有效控制焊接件局部温度场，约束焊接件的残余应力峰值和残余应力区，最终降低焊接件的宏观变形量。实验中当水冷压强为0.4MPa时，可以消除由残余应力引起的翘曲变形。选择合理的焊接工艺参数是获得优良2024-T4铝合金板FSW接头的关键，工艺参数优化可进一步提升焊缝性能。

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