作为一种高强可焊铝合金,7A52铝合金已广泛应用于飞机结构件、装备车辆车体和高速列车结构件中,随着装备轻量化水平的提高,该合金将发挥越来越重要的作用。本文以车体及厚板结构件的焊接维修为背景,主要针对7A52铝合金的多层多道焊接过程、焊接接头组织及力学性能评价进行研究,开发装备厚板铝合金的窄间隙MIG和TIG焊接工艺;研究两种工艺焊接接头的显微组织和力学性能的差异;探讨焊接过程中接头应力场的演变规律。采用试验方法设计了用于窄间隙MIG焊接的UV形坡口;借助有限元数值分析方法设计了TIG焊接20mm厚铝合金的底面V形坡口,优化了两种焊接工艺参数。分析了焊接接头不同特征区域的显微组织特征。焊缝中心为等轴晶组织,两边为柱状晶组织,前者晶间连续的条状析出物更多、晶内球状析出颗粒的密度更低、故其强度和硬度更低。焊接热影响区(HAZ)发生再结晶转变后形成带状晶包夹等轴晶的显微组织。焊缝中聚集分布的Si和焊接热影响区中连续分布的Al2Mg Cu相起到裂纹源的作用,导致接头产生局部脆性断裂形貌。焊接过程中元素的重新分布导致焊缝中产生六方结构的η相(Mg Zn2)强化相;同时使晶界上Al3Mg2相的分布方式由连续分布转变为断续分布,提高了晶界强化效果。焊接热影响区和焊缝中的η相分别产生于结晶过程和沉淀过程,导致二者具有明显的尺寸差异。借助线性回归分析修正了用于窄间隙焊接过程模拟的柱状高斯热源模型。基于高温拉伸试验结果,获得了焊接母材和填充材料的Arrhenius本构方程;针对窄间隙MIG和TIG两种焊接方法,以热源模型参数为输入层,以有限元方法的预测值与实测值之差为输出层,建立了神经网络模型,采用模糊计算的方法,获得了MIG填充焊接和盖面焊接及TIG打底焊接、填充焊接和盖面焊接过程中的双椭球热源参数;对焊接母材和填充材料的质量比热容和热导率分别进行线性拟合,获得了两个参数关于温度的一次线性函数;采用等价比热容的方法处理两种材料的相变潜热,基于此建立了装备厚板铝合金焊接过程数值模拟的有限元模型。采用数值分析方法研究了两种焊接工艺条件下焊接接头应力场的演变规律,并通过小孔法和X射线法对计算结果进行验证。发现两种坡口形式下,应力场演变规律的主要差异表现在背面焊缝应力状态的转变过程。刚性拘束条件下,窄间隙MIG接头背面焊缝区横向拉应力在降低至0之前进入稳态并保持拉应力状态不变;TIG接头背面焊缝横向拉应力转变为压应力后进入稳态并保持压应力状态不变。基于焊接应力场的预测结果和接头的微观组织特征揭示了焊缝区和热影响区裂纹产生的机理。研究了采用两种焊接方法获得的接头的冲击力学性能,发现两种接头的冲击韧度相当,焊缝区在裂纹形成及载荷下降过程中的形变量最大,冲击韧度最高;在不同厚度位置,熔合区和热影响区的冲击韧度变化不大。相对TIG焊接,窄间隙MIG焊接可提高裂纹形成过程中的位移量,从而提高裂纹形成能量,使焊接接头的冲击性能提高13.3%。采用数值模拟的方法研究了全厚度焊接接头的冲击力学行为,发现应力集中程度最高的区域位于焊趾处,接头正面受垂直方向的冲击载荷时,接头背面焊趾处应力集中程度更高。