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随着社会的不断进步,工业产品的绿色安全和节约能耗是现在关注的热点,因此需要大大地减轻它们的质量,而铝合金具有密度小、比强度高和优异的耐磨性等特点,广泛地应用于航空航天和交通运输等领域。焊接方法在铝合金构件加工制造中占有至关重要的地位。然而,铝合金的焊接接头中存在很多缺陷,这些缺陷严重限制了铝合金焊接件在工业中的应用范围。焊接铝合金的方法有很多,其中,TIG焊接铝合金有适应性强、操作方便和成本低等特点,具有广泛的应用范围,但是其也存在熔深浅、焊接效率低等问题,而目前提出的超声辅助TIG焊方法可以改善传统TIG焊的缺点,在铝合金的焊接中具有独特的优势。超声TIG复合焊枪是超声TIG焊接方法的重要部件,复合焊枪的好坏直接决定了超声TIG复合焊接结果的好坏。目前,超声TIG复合焊枪装置还不够完善,因此,本文重新优化设计复合焊枪,实现复合焊枪的一体化和实用化。对复合焊枪进行了相应的测试,结果表明复合焊枪可以进行稳定可靠的焊接工作,并确定了复合焊枪的最佳辐射端高度;利用COMSOL有限元软件对变幅杆下方到工件表面上方的空间进行了声场状态模拟,计算出了声压和声辐射力分布特征。采用高速摄像对焊接电弧进行了拍摄,与TIG电弧相比,超声复合电弧发生了收缩现象,弧光变亮,并且首次观察到电弧的周期跳动现象;利用电流电压传感器对焊接电弧测量结果说明超声的加入使电弧电压均值提升,电弧热效率提高。复合电弧产生这些现象的主要原因是超声辐射力影响了电弧等离子体的运动状态。使用普通TIG焊和超声TIG焊对T8态2195铝锂合金进行焊接,接头显微组织观察结果为:焊缝内主要为α-Al与θ-Al2Cu相的共晶组织,普通TIG焊缝内有明显的缩孔存在,而超声TIG焊缝内由于有超声对熔池的振动搅拌作用使其组织更加致密;在熔合区发现Al-Li合金熔焊特有的等轴细晶区,超声TIG焊过程更有利于形成等轴细晶区,因此接头中该种组织较为明显;热影响区内粗大的晶粒以及呈网状分布的硬脆共晶组织是接头断裂的根源。力学性能测试结果表明:超声的加入使接头强度系数和断后延伸率提高;维氏硬度测试结果表明超声焊接接头的软化现象减弱,热影响区相对较窄,对应的接头力学性能较好。最后,完成了小直径铝管和大直径铝管的焊接工作,得到了成形良好的焊接接头,并且接头符合相关的标准要求。