2024-T4為鋁－銅－鎂系中的典型硬鋁合金，其特點是：成分合理、強度高、抗疲勞性能好、有一定的耐熱性、易于成型且熱處理強化效果顯著，因此被廣泛用于飛機結構、鉚釘、卡車輪轂、螺旋槳元件及其他多種結構件。攪拌摩擦焊（FSW）是一種固相連接工藝，焊接過程中材料不發生熔化，可以避免因金屬熔化產生的如焊接裂紋、氣孔等缺陷，特別適用于用熔化焊方法難于焊接的輕合金，具有無氣孔和裂紋、焊接變形小、焊縫強度高、疲勞性能好等優點，顯示出廣闊的工業應用前景。隨著對FSW研究的深入，焊接過程中反復出現的一些問題也引起了人們的關注。在對鋁合金薄板進行FSW焊接時常常會因為殘余應力過大，而導致鋁合金出現較大的翹曲變形。基于消除焊件宏觀變形的目的，本文對2024-T4鋁合金1.8mm厚薄板進行FSW工藝實驗時，在常規的FSW工藝基礎上利用一個水冷裝置來對焊接區進行噴水冷卻，并對焊接件的焊縫成形、焊縫組織形態和焊接接頭的力學性能進行了分析。

實驗用材為1.8mm厚的2024-T4鋁合金薄板，抗拉強度為470MPa，其尺寸為400mm×120mm，主要化學成分為（質量分數，%）：3.8～4.9Cu，0.50Si，0.50Fe，0.3～0.9Mn，0.25Zn，1.2～1.8Mg，0.15Ti，其余為Al。FSW實驗在自行研制的FSW實驗機上進行，焊接形式為單道對接焊。實驗用攪拌頭參數：軸肩直徑為6mm；攪拌針長1.6mm，端部直徑為2mm。焊接時，首先控制攪拌頭高速旋轉鉆入待焊件接縫處，待攪拌頭軸肩壓緊鋁合金板上表面后，打開水冷裝置，攪拌頭沿焊縫前進完成焊接過程。焊后，先用ToshibaTOSCANER24500twin型工業CT對焊接試樣做CT探傷，然后在焊接件上沿焊縫橫向分別制取金相及拉伸試樣。采用Instron8802型電液伺服力學實驗機進行拉伸實驗；用LeicaDMI5000M金相顯微鏡觀察焊后各區顯微組織；用HVA-10型維氏硬度計進行硬度測試。

用FSW方法焊接了1.8mm厚的2024-T4鋁合金薄板，在攪拌頭轉速為2100r/min、焊接速度為120mm/min時，焊縫的抗拉強度達到了377.9MPa，接頭力學性能優良。可調壓的水冷裝置可以有效控制焊接件局部溫度場，約束焊接件的殘余應力峰值和殘余應力區，最終降低焊接件的宏觀變形量。實驗中當水冷壓強為0.4MPa時，可以消除由殘余應力引起的翹曲變形。選擇合理的焊接工藝參數是獲得優良2024-T4鋁合金板FSW接頭的關鍵，工藝參數優化可進一步提升焊縫性能。

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