搅拌摩擦焊(Friction Stir Welding简称FSW)是一种新型固相焊接技术,相比较传统焊接方法,具有高效率、高质量、低能耗、污染小、焊接变形小等优点,因此在宇航、航天、船只等相关领域有着普遍的研究与应用。但由于焊接参数选取不当,也会产生表面大纹理、沟槽、未焊透、未熔合等焊接缺陷,降低材料的使用性能,因此搅拌摩擦焊接头缺陷的多样性成为检测的难点。目前对搅拌摩擦焊接头的检测主要采用超声方法,因为超声波检测具有检测材料范围广、穿透性强、灵敏度高、检测资本低、速度快和对人体及环境无损等优点。本文通过超声特征扫描无损探伤铝合金搅拌摩擦焊接头缺陷以及实时动态疲劳裂纹扩展,主要研究内容如下。1、针对铝合金搅拌摩擦焊中典型缺陷的特点,设计对比试块:平行于焊缝的平底孔和垂直于焊缝的平底孔两类。平行于焊缝的两种平底孔:一种是相同深度不同大小的平底孔,另一种为相同大小不同深度的平底孔。垂直于焊缝的两种平底孔:一种是相同高度不同大小的平底孔,另一种是相同大小不同高度的平底孔。研究表明:超声方法可以准确识别各个平底孔缺陷,并给出定位。2、针对6mm厚铝合金搅拌摩擦焊接头的表面大纹理、沟槽、未焊透、低密度杂质和低密度杂质+组织疏松五种缺陷进行超声特征扫描,通过采集全波列检测信号,提取不同缺陷的特征信息、建立矢量对应表、并进行成像处理、实现对五种缺陷的准确识别。研究表明:超声特征扫描成像是检测搅拌摩擦焊中的表面大纹理、沟槽与未焊透缺陷的一种可行方法;通过提取和分析界面波、中间层波、底波方法,进行回波幅值成像,可以有效确定缺陷的大小与位置;结合深度幅值成像,实现缺陷的自动识别,结果更直观,可以有效解决漏检现象。3、将超声特征扫描技术应用于疲劳试验当中,把搅拌摩擦焊接头中的表面大纹理、沟槽、低密度杂质和低密度杂质(组织疏松)加工成疲劳试样的要求,并且保证每一类缺陷能切割出3个试样,四种缺陷共12个试样,每一种缺陷分别在60Mpa、70Mpa、80Mpa下进行15min的疲劳实验约82000次疲劳,取下试样,同时用超声特征扫描技术,处理图像并统计出缺陷的占比,按照这样的循环,直至试样断裂,无法实验为止。研究表明:在搅拌摩擦焊缺陷中表面大纹理、沟槽、低密度杂质和低密度杂质+组织疏松四种典型缺陷中,表面大纹理和沟槽是抗疲劳最好的,低密度杂质和低密度杂质+组织疏松抗疲劳都比较差,并且低密度杂质+组织疏松是抗疲劳最差的;当表面大纹理缺陷在交变应力为70MPa时,缺陷的扩展最慢,低于70MPa或高于70MPa时,表面大纹理缺陷的扩展都很快;沟槽、低密度杂质和低密度杂质+组织疏松缺陷在交变载荷下,缺陷都发生了扩展,随着交变载荷的增加,缺陷的扩展速度也增加,交变载荷越大,缺陷扩展速度越快。