2014铝合金被广泛应用于航空、能源、交通等行业,其强度高,热强性好,但是焊接性能较差。常规方法焊接时容易出现裂纹、气孔等问题。且焊件较薄时,变形大、难矫正等问题也很难解决。本文针对薄板铝合金焊接的特点,对1mm厚铝合金薄板进行了高转速焊接工艺探索、特征参数的采集和分析,同时进行了数值模拟的验证及焊缝的性能测试。工艺试验结果表明:超高转速的搅拌摩擦焊工艺,采用微型搅拌头即可以实现对铝合金薄板的焊接。工艺试验范围为转速:10000rpm~16500rpm,焊接速度:50mm/min~170mm/min。当转速小于15000rpm,下压量很难控制,焊接效率低且表面成形差焊后变形严重。当转速达到15000rpm,焊接所需的下压量极小,减薄程度小,且整个过程易于控制。在空气中冷却,变形不可避免,而辅助水雾冷却可以得到表面成形好且无变形的焊件。轴向力的检测分析结果表明:转速在10000rpm到16500rpm范围内,焊接阶段的轴向力均低于200N,这有利于实现轻量化的搅拌摩擦焊接过程,改进了传统搅拌摩擦焊对机身承载要求高的缺点,进一步降低了成本。轴向力的变化规律与传统搅拌摩擦焊相似,在下压过程中,轴向力先增大后减小,焊接开始后逐渐趋于平稳。搅拌头旋转速度越高,轴向力峰值越小。此外,轴向力稳定是接头纵向性能均匀的保证,同时,水冷对轴向力也起着重要作用,因为水冷可以减少热量聚积,防止轴向力的突变。焊缝性能分析测试结果表明:焊接接头宏观形貌存在明显的焊核区、热机械影响区和母材区,热影响区则不明显。母材晶粒沿着轧制方向拉长。焊核区在搅拌作用下发生了动态的回复再结晶,晶粒细小且沉淀相发生了重溶。热机械影响区的晶粒发生了变形且在后退侧更明显。拉伸结果显示,在固定的转速下,焊缝的力学性能随着焊速的增加先提高后降低。随着转速的提高,焊缝抗拉强度的峰值先增大后减小;转速的提高带来了延伸率的提高。转速为16000rpm焊速为110mm/min时强度最高,约为母材的75%。焊缝强度较低时,断口一般在焊缝中心,焊缝强度较高时,断口在前进侧或后退侧搅拌区与母材的交界处。断口在中心,断口形貌为韧脆混合型断裂,断口在交界处,断口形貌呈韧性断裂特性。焊缝硬度的测试结果显示,硬度分布没有明显的“W”形。焊缝的耐腐蚀性能研究结果表明,高转速搅拌摩擦焊后铝合金的耐蚀性稍有降低,腐蚀电位下降,腐蚀电流升高,电化学阻抗谱由高频感抗弧和低频容抗弧组成。搅拌摩擦焊焊接数值模拟的结果表明:轴向力p<200N,转速W>15000rpm的工艺条件,焊缝金属达到可焊接温度。轴向力极小的搅拌摩擦焊过程同样能够产生足够的热量和搅拌作用,但是同时也会引起变形。水雾冷却的方法可以加速焊缝散热使变形程度降低,是高转速搅拌摩擦焊的必要条件。温度场模拟验证了工艺的可行性,与实测结果基本一致。