本书系统总结了 7 系铝合金（7A52和7075）焊接的最新研究成果。主要内容包括7系铝合金、7系铝合金熔化极惰性气体保护焊、7系铝合金搅拌摩擦焊、7系铝合金电子束焊、7系铝合金光纤激光焊、7系铝合金变极性等离子弧焊、7系铝合金焊接接头的焊接应力场数值模拟、7系铝合金焊接接头的表面纳米化处理、7系铝合金焊接接头表面纳米化的数值模拟等。本书反映了十多年来7系铝合金及其各种焊接方法的研究现状和发展趋势，各种常用焊接接头成分、组织和性能的内在联系和特有规律。
随着航空航天、船舶、汽车等行业的快速发展，铝合金凭借其质量轻、强度高、耐腐蚀等优良特性得到了广泛应用。其中，7系铝合金包括Al-Zn-Mg系和Al-Zn-Mg-Cu系合金，具有密度低、加工性能好及断裂韧性高等优点。因为7系铝合金研发时间不长，目前国内外相关研究相对较少，尤其缺乏对其研究工作的归纳、总结和提升，所以探究其常用焊接工艺，揭示其焊接接头组织与性能的变化规律，对扩大该合金的应用范围，加速高强铝合金制造业的发展，具有十分重要的理论意义和应用价值。
本书共分9章，以7系铝合金的焊接性为主线，在简单介绍7系铝合金母材成分组织和性能特点的基础上，深入系统地介绍了7系铝合金熔化极惰性气体保护焊、搅拌摩擦焊、电子束焊、光纤激光焊和变极性等离子弧焊等焊接工艺特点、焊接接头组织和性能特征，以及7系铝合金焊接接头的焊接应力场数值模拟、表面纳米化处理及表面纳米化的数值模拟。
本书为国家自然科学基金项目“高强装甲铝合金焊接接头表面纳米化机理的试验和理论研究”（项目编号：50765003）、“带余高装甲铝合金焊接接头表面纳米化及其对接头组织和性能的影响”（项目编号：51165026）、“基于时效及超声冲击处理的高强铝合金激光焊接接头表面自纳米化研究”（项目编号：51765053）和内蒙古自治区自然科学基金项目“超声冲击作用下装甲铝合金疲劳行为的表征与评价”（项目编号：2015MS0537）的研究成果，吸收了内蒙古自治区“草原英才焊接创新团队”负责人韩永全教授课题组的部分研究成果。
内蒙古工业大学博士研究生李国伟、贾翠玲、翟熙伟、孙振邦、解瑞军、丁亚茹等，硕士研究生高云喜、张传臣、何静、毕良艳、黄治冶、尚英齐、田红雨、逯瑶、邱小明、唐大富、李阳、杨春艳、高健、李泰岩、陈超、吕鹏等为本书提供了有价值的实验数据和基本素材。李男、郑纲、张博友、白天雨、冯华龙、常建刚、杨帆、冯岩、李飞、刘成豪、杨予含、杨易杭、李锐峰、赵伊丽在书稿整理和校对方面给予了很大帮助。在成书之际，衷心感谢各位同学和老师们的辛勤付出！
特别感谢北方重工集团有限公司、北京航空制造工程研究所、天津大学等兄弟院校与科研院所同仁给予的大力支持！同时，向关心本书出版的焊接界同行及所援引文献的作者表示诚挚的谢意！
由于作者学识有限，书中难免存在不妥之处，如读者发现并能通过电子邮件（cfr7075@imut.edu.cn）告知，编者将非常感谢，并会在后续工作中予以更正。
陈芙蓉
2023年3月
本书既可作为材料成型及控制工程焊接方向、焊接技术与工程等专业学生的学习用书，又可作为相关领域的教师、科研人员和工程技术人员的参考书。

第1章 7系铝合金\t1
1.1 引言\t1
1.2 7系铝合金的种类、状态和典型用途\t1
1.3 7系铝合金的发展历史\t3
1.4 热处理工艺对7系铝合金性能的影响\t3
1.4.1 热处理工艺\t3
1.4.2 固溶处理对显微组织的影响\t5
1.4.3 固溶处理对力学性能的影响\t7
1.4.4 时效处理对显微组织的影响\t8
1.4.5 时效处理对力学性能的影响\t10
1.5 主要应用领域\t10
1.6 本章小结\t12
参考文献\t13
第2章 7系铝合金熔化极惰性气体保护焊\t15
2.1 引言\t15
2.2 7系铝合金单丝MIG焊焊接接头的组织\t16
2.3 7系铝合金单丝MIG焊焊接接头的力学性能\t18
2.3.1 硬度试验\t18
2.3.2 拉伸试验\t19
2.3.3 冲击试验\t21
2.3.4 腐蚀试验\t22
2.4 7系铝合金双丝MIG焊焊接接头的组织\t27
2.5 7系铝合金双丝MIG焊焊接接头的力学性能\t28
2.5.1 硬度试验\t28
2.5.2 拉伸试验\t29
2.5.3 冲击试验\t30
2.5.4 腐蚀试验\t31
2.6 单丝MIG焊与双丝MIG焊对比\t35
2.6.1 焊接工艺对比\t35
2.6.2 焊接变形对比\t36
2.6.3 焊接效率对比\t37
2.7 本章小结\t38
参考文献\t38
第3章 7系铝合金搅拌摩擦焊\t39
3.1 引言\t39
3.2 焊接参数的选择\t39
3.3 焊接速度对7A52铝合金FSW焊接组织和硬度的影响\t41
3.3.1 焊接接头的宏观形貌及显微组织\t41
3.3.2 焊接接头横截面的显微组织形貌分析\t43
3.3.3 焊接接头焊核区分区显微组织分析\t43
3.3.4 焊接接头的显微硬度分布\t44
3.3.5 不同焊接速度下焊接接头的宏观形貌\t45
3.3.6 不同焊接速度下焊核区的显微组织\t46
3.3.7 不同焊接速度下焊接接头的显微硬度\t46
3.4 7050铝合金FSW焊接接头的物相分析\t48
3.5 搅拌头旋转速度对7050-T7451铝合金FSW焊接组织和硬度的影响\t49
3.5.1 焊接接头的宏观形貌\t50
3.5.2 焊接接头的显微组织\t51
3.5.3 焊接接头的显微硬度分布\t53
3.5.4 搅拌头旋转速度对焊接接头显微组织结构的影响\t55
3.5.5 搅拌头旋转速度对焊接接头显微硬度的影响\t57
3.6 FSW焊接对7系铝合金拉伸性能的影响\t57
3.6.1 不同焊接速度下焊接接头拉伸试验\t57
3.6.2 拉伸断口形貌分析\t59
3.6.3 搅拌头旋转速度对焊接接头抗拉强度的影响\t59
3.6.4 不同搅拌头旋转速度的拉伸断口形貌的对比分析\t61
3.7 本章小结\t63
参考文献\t64
第4章 7系铝合金电子束焊\t66
4.1 引言\t66
4.2 电子束焊焊接工艺优化\t68
4.2.1 聚焦电流不变、电子束流连续变化的焊接\t68
4.2.2 电子束流不变、聚焦电流连续变化的焊接\t71
4.2.3 其他焊接参数的选择\t72
4.3 电子束焊对7系铝合金组织的影响\t73
4.4 电子束焊对7系铝合金力学性能的影响\t76
4.4.1 拉伸试验\t76
4.4.2 冲击试验\t78
4.4.3 硬度试验\t78
4.4.4 耐磨性试验\t80
4.5 本章小结\t81
参考文献\t82
第5章 7系铝合金光纤激光焊\t83
5.1 引言\t83
5.2 7A52铝合金光纤激光焊\t84
5.2.1 试验材料与方法\t84
5.2.2 7A52铝合金光纤激光自熔焊试验\t84
5.2.3 正交试验因素的选择及范围确定\t86
5.2.4 焊接参数正交试验编排\t86
5.2.5 正交试验结果分析\t87
5.2.6 常见焊接接头气孔的形成机理\t90
5.2.7 氢气孔形成机理分析\t90
5.2.8 工艺型气孔形成机理分析\t91
5.2.9 显微组织和力学性能\t92
5.3 7075铝合金光纤激光焊\t93
5.3.1 试验材料与方法\t93
5.3.2 7075铝合金光纤激光焊自熔焊试验\t94
5.3.3 正交试验\t95
5.3.4 焊接接头的组织和性能\t98
5.4 本章小结\t100
参考文献\t100
第6章 7系铝合金变极性等离子弧焊\t101
6.1 引言\t101
6.2 VPPAW焊接工艺优化\t101
6.2.1 焊接电流对焊缝成形的影响\t102
6.2.2 离子气流量对焊缝成形的影响\t103
6.2.3 送丝速度对焊缝成形的影响\t105
6.2.4 焊接速度对焊缝成形的影响\t106
6.2.5 VPPAW对焊参数的优化\t108
6.2.6 PVPPAW参数对焊缝成形的影响\t111
6.2.7 焊接电流和离子气流量对焊缝成形的影响规律\t120
6.2.8 优化结果\t122
6.3 VPPAW对7系铝合金组织的影响\t122
6.3.1 焊接工艺\t122
6.3.2 焊接接头质量分析\t122
6.4 VPPAW对7系铝合金力学性能的影响\t127
6.4.1 拉伸性能\t127
6.4.2 显微硬度\t128
6.5 本章小结\t129
参考文献\t130
第7章 7系铝合金焊接接头的焊接应力场数值模拟\t132
7.1 引言\t132
7.2 7系铝合金双丝MIG焊焊接应力场数值模拟\t133
7.2.1 焊接应力场有限元计算的基本方法和步骤\t133
7.2.2 建立有限元热模型\t133
7.2.3 焊接温度场的数学模型\t135
7.2.4 时间域的划分和时间步长的设置\t136
7.2.5 焊接温度场分析\t137
7.2.6 双丝MIG焊焊接应力场有限元分析\t140
7.2.7 双丝MIG焊应力场计算结果与分析\t140
7.3 7系铝合金VPPA复合焊接应力场数值模拟\t142
7.3.1 等离子焊接模拟发展历程\t142
7.3.2 VPPA-GMAW有限元模型的建立\t143
7.3.3 VPPA-GMAW复合焊焊接温度场数值模拟\t146
7.3.4 LB-VPPA复合焊焊接应力场数值模拟预测\t148
7.4 铝合金VPPA-MIG复合焊应力场计算

随着航空航天、船舶、汽车等行业的快速发展，铝合
金凭借其质量轻、强度高、耐腐蚀等优良特性得到了广泛应
用。其中，7系铝合金包括Al-Zn-Mg系和Al-Zn-Mg-Cu系合
金，具有密度低、加工性能好及断裂韧性高等优点。因为7
系铝合金研发时间不长，目前国内外相关研究相对较少，尤
其缺乏对其研究工作的归纳、总结和提升，所以探究其常用
焊接工艺，揭示其焊接接头组织与性能的变化规律，对扩大
该合金的应用范围，加速高强铝合金制造业的发展，具有十
分重要的理论意义和应用价值。
本书共分9章，以7系铝合金的焊接性为主线，在简单
介绍7系铝合金母材成分组织和性能特点的基础上，深入系
统地介绍了7系铝合金熔化极惰性气体保护焊、搅拌摩擦焊
、电子束焊、光纤激光焊和变极性等离子弧焊等焊接工艺特
点、焊接接头组织和性能特征，以及7系铝合金焊接接头的
焊接应力场数值模拟、表面纳米化处理及表面纳米化的数值
模拟。
本书为国家自然科学基金项目“高强装甲铝合金焊接
接头表面纳米化机理的试验和理论研究”（项目编号：
50765003）、“带余高装甲铝合金焊接接头表面纳米化及
其对接头组织和性能的影响”（项目编号：51165026）、
“基于时效及超声冲击处理的高强铝合金激光焊接接头表面
自纳米化研究”（项目编号：51765053）和内蒙古自治区
自然科学基金项目“超声冲击作用下装甲铝合金疲劳行为的
表征与评价”（项目编号：2015MS0537）的研究成果，吸
收了内蒙古自治区“草原英才焊接创新团队”负责人韩永全
教授课题组的部分研究成果。
内蒙古工业大学博士研究生李国伟、贾翠玲、翟熙伟
、孙振邦、解瑞军、丁亚茹等，硕士研究生高云喜、张传臣
、何静、毕良艳、黄治冶、尚英齐、田红雨、逯瑶、邱小明
、唐大富、李阳、杨春艳、高健、李泰岩、陈超、吕鹏等为
本书提供了有价值的实验数据和基本素材。李男、郑纲、张
博友、白天雨、冯华龙、常建刚、杨帆、冯岩、李飞、刘成
豪、杨予含、杨易杭、李锐峰、赵伊丽在书稿整理和校对方
面给予了很大帮助。在成书之际，衷心感谢各位同学和老师
们的辛勤付出！
特别感谢北方重工集团有限公司、北京航空制造工程
研究所、天津大学等兄弟院校与科研院所同仁给予的大力支
持！同时，向关心本书出版的焊接界同行及所援引文献的作
者表示诚挚的谢意！
由于作者学识有限，书中难免存在不妥之处，如读者
发现并能通过电子邮件（cfr7075@imut.edu.cn）告知，
编者将非常感谢，并会在后续工作中予以更正。
陈芙蓉
2023年3月