摩擦塞补焊是一种新型固相补焊技术,在运载火箭推进剂贮箱的焊接制造中具有重要应用。本文针对运载火箭推进剂贮箱结构用材2219-T87铝合金,通过焊接工艺试验和数值模拟相结合的方法对摩擦塞补焊技术进行了全面系统的研究。主要研究内容和结果如下:通过大量摩擦塞补焊工艺试验,获得了2219-T87铝合金母材及不同焊缝的优化焊接工艺,得到了无缺陷接头。结果表明:通过在背部增设带有导孔的垫板和调节焊接工艺参数,可改善焊接过程中的材料流动和摩擦界面受力,并成功消除了塞补焊接头的根部缺陷。所得到的无缺陷接头和优化焊接工艺为后续组织性能研究及该技术的工业应用提供了重要基础。建立了2219-T87铝合金摩擦塞补焊过程有限元模型,通过接头成形和热循环测试结果验证了模型的有效性和合理性,并分析了焊接工艺参数对焊接过程中材料流动、温度场及应力应变场的影响。结果表明:接头的温度场和应力应变场沿厚度方向呈现显著不均匀性;材料流动不充分和界面法向力不足是导致接头产生未连接和弱连接缺陷的主要原因。计算结果为深入理解焊接过程中各因素的相互影响、揭示塞补焊接头成形机制和指导焊接工艺优化提供了重要理论依据。针对2219-T87铝合金母材和不同焊缝摩擦塞补焊接头的组织特征及其非均质性进行了详细的研究,讨论了焊后热处理对接头组织和缺陷特征的影响。结果表明:塞补焊接头可分为塞棒区、塞棒热力影响区、再结晶区、热力影响区、热影响区和母材区六个部分。连接界面发生再结晶,实现了冶金连接,但接头上部和下部存在明显的原始界面连接线;再结晶区呈现细小的等轴晶粒,晶粒尺寸低于10μm。连接界面附近区域中θ’相大量溶解,并形成尺寸较大的θ相。热处理后,再结晶区和热力影响区晶粒发生异常长大,部分θ’相重新析出,原始界面连接线显著改善。针对2219-T87铝合金摩擦塞补焊接头的力学性能和断裂韧性进行了全面系统的评价。结果表明:焊后接头软化区的硬度为85-95 HV;接头拉伸性能沿厚度方向呈现显著不均匀性;室温抗拉强度和断后伸长率为310-335 MPa和4.5-7%,低温抗拉强度和断后伸长率均高于室温;热处理后,室温和低温抗拉强度显著提高,但断后伸长率严重降低。接头再结晶区和塞棒中心的低温断裂韧性均优于室温,热处理后接头的室温和低温断裂韧性均严重下降。