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项目名称：

航空航天用高性能轻合金大型复杂结构件制造的基础研究

首席科学家：

李晓谦中南大学

起止年限：

2010年1月-2014年8月

依托部门：

湖南省科技厅

一、研究内容

围绕科学问题1---大型复杂构件非均匀塑变成形的热力耦合与晶体缺陷组态演变，结合铝合金整体锻造成形、钛合金局部加载成形的不均匀塑性变形与微观组织、性能演变的特点，展开以下研究：

①钛合金、超强铝合金锻造成形温度场－应变场－应变速度场与第二相对回复和晶界结构的协同调控：

研究锻造成形温度场－应变场－应变速度场与第二相对晶体缺陷组态（亚结构）分布及其回复过程的影响规律，研究严重不均匀塑性变形条件下晶体缺陷增殖与湮灭、组态重构、发展晶体缺陷密度均匀化方法，扩大成形与组织调控的过程窗口，研究材料宏观变形本构关系与微观组织演化耦合模型，为实现锻件性能最优化奠定基体组织基础。

②复杂构件等温/变温锻造成形与缺陷抑制：

研究复杂构件等/变温模锻变形抗力与变形条件和缺陷组态及其回复的关系，确立低变形抗力的等/变温模锻热力条件；研究变形参数、润滑条件、模具结构对锻造过程金属流变特性与流线形态的影响规律，发展抑制锻造过程组织缺陷（流线紊乱、涡流、折叠等）的调控方法。

研究模锻过程材料在复杂型腔中的充填流变特性，研究复杂型腔不同部位及其润滑状态对模锻件流线形态、表面质量、成形精度、残余内应力的影响，发展复杂构件等温/变温模锻工艺的设计方法与准则。

③成形锻件固溶时效中晶界与析出相演变及其作用：

研究回复状态锻件固溶过程中第二相对形变回复亚晶组织和小角晶界的稳定化作用，发展逐步升温固溶稳定微取向回复组织抑制再结晶的方法。

研究回复状态锻件时效纳米强化相晶内晶界析出特征及调控方法，研究断裂疲劳腐蚀性能与锻造成形组织晶界结构的关系，揭示组织强韧耐蚀作用机理；研究大型锻件残余内应力对材料断裂韧性、疲劳与腐蚀性能的影响规律及调控方法，突破大型复杂锻件的综合性能。

④局部加载不同变形区及过渡区不均匀协调变形机理与调控机理：

研究揭示多模具、多参数、多场作用下大型复杂构件局部加载成形多因素耦合下不同变形区之间及过渡区材料的流动、分流、填充等行为和规律；研究局部加载成形过程中不均匀变形协调的主要因素和影响机制；研究多场耦合作用下预成形毛坯优化设计与多道次变形之间的耦合作用；建立等温局部加载方式等多因素耦合与不均匀变形协调及成形缺陷的关联关系，并揭示局部加载方式等多参数对其的影响规律；获得基于局部加载条件控制的不同加载区及过渡区不均匀变形协调精确成形的机制与调控技术。

⑤基于多尺度、全过程建模仿真的大型整体构件局部加载成形全过程及模具优化设计与精确控制：

研究局部加载精确塑性成形过程与构件性能预测的多尺度建模和仿真方法，研究大型复杂整体构件局部加载成形过程、模具和参数优化设计及其反问题，研究通过改变局部加载方式、加载条件及其多因素的耦合控制材料流动、不均匀变形协调及组织演化，揭示不同局部加载条件下工艺—变形—组织—性能的关联关系；以控制与提高成形精度和组织性能为目标，建立大型复杂整体构件局部加载成形过程及模具优化设计与精确控制的理论与方法，为实现轻合金大型复杂构件局部加载精确“成形”和“成性”的一体化制造奠定基础。

围绕科学问题2---构件成形的应力弛豫作用与界面微结构演变与控制展开以下3个方面的研究：

（1）复合能场蠕变成形及纳米强化相析出状态调控

①蠕变时效成形复杂整体构件形状精度的形成与调控：

针对典型铝合金曲面整体壁板构件的成形，以构件材料的蠕变时效本构关系为基础，研究蠕变时效成形的构件几何特征对回弹量的影响机理，研究蠕变时效的弹－塑性转变对构件回弹量的影响机理；揭示构件成形精度与多能场作用参数间的映射规律，建立基于构件成形操作特性（坯料特征，约束条件、工装结构、以及加载方式、成形温度/时间等工艺参数等）的回弹预测模型与计算方法，为确定成形过程操作精度控制的容差范围和制造误差补偿量提供依据。

综合考虑局部增强构件提高整体构件使役性能的基本原理，建立复杂整体壁板构件结构的优化设计准则，提高构件的强度、刚度和耐久性/损伤容限，确保大弧度壁板的弯曲与局部增强构件的适应性成形的协同进行，将蠕变成形构件的回弹量最小化。

②高强铝合金蠕变时效成形相变/形变行为的交互影响：

针对高强铝合金构件蠕变时效成形过程的加载能场特点、蠕变成形的变形程度、满足宏观成形条件下的微结构状态，研究蠕变时效成形的热/力条件对壁板构件所用的典型铝合金强化相析出行为的影响机理，研究典型铝合金成形过程中析出相种类、形态对蠕变、应力松弛等形变行为的影响机制；揭示铝合金相变/形变力学行为的交互影响规律，建立基于微结构强化与软化物理基础的时效强化－变载蠕变－应力松弛本构关系；为发展蠕变时效成形新工艺、创制成形性更高的蠕变成形铝合金打下理论基础。

③构件多能场蠕变时效成形的纳米强化相析出的精确调控：

在蠕变时效成形的热/力条件基础上，对成形过程施加具有交变特性的单一或复合温度－应力场，研究多能场条件对成形过程中纳米强化相析出的调控作用，研究预时效处理（包括预先热时效和预先形变时效等）对成形过程中纳米强化相析出的调控作用；揭示多能场耦合作用对相变激活能和相变动力学行为的影响规律，探明高强铝合金构件蠕变时效成形/成性协同控制的多能场加载路径，创建高性能复杂整体构件的多能场蠕变时效成形技术原型。

④高性能构件蠕变时效成形的构件/材料一体化：

由大规格轧制厚板成形到大规格复杂结构加工成形，成形全过程的变形程度、变形条件、成形边界条件等必须的环境条件的综合作用规律与在此变形条件下构件内部组织结构的形成-演变至可能获得的服役性能，这两者是并行研究和耦合分析的。

从壁板类构件制造的铝合金板材的成分设计及其微结构与织构组态调控出发，研究高强铝合金成分对成形的多能场作用下析出相的应力位向效应对构件各向异性的调控机理，研究成形坯料的织构组态对构件各向异性的调控机理；揭示纳米强化相与基体晶粒织构组态耦合对构件成形/成性的影响机理，创建高性能构件蠕变时效成形的构件/材料一体化制造原理与技术。

（2）大型铝合金薄壁构件塑变与去除成形及其内应力、表面完整性主动控制

①大型铝合金薄壁构件板坯制备与切削加工过程中微观结构演化规律：

研究大规格铝材制备界面特征对能量传递的影响规律，建立外场环境和界面传热强化调节方法；研究淬火冷却状态、预拉伸变形条件对厚板组织结构演化的影响机制，寻求材料微观组织均匀化的调控方法；研究高速铣削过程外场量对零件表面/亚表面特性（加工表面纹理、表面层残余应力、表面层冷作硬化和表面层微观组织）的影响规律；建立加工表面/亚表面特性演变与服役性能之间映射规律。

②大型铝合金薄壁构件制造全过程内应力遗传演化与多尺度预测模型：

研究大型铝合金薄壁构件从厚板热处理、预拉伸到切削加工各工艺阶段的材料内部残余应力空间分布规律，建立通过表面无损残余应力测量评估内部残余应力水平的方法；定量描述机械应力、热应力和组织应力在不同外场参量作用下的平衡消长，基于力-热耦合作用机理建立大型铝合金薄壁构件切削加工表面及内部残余应力的多尺度预测模型，实现大型铝合金薄壁构件内部残余应力的控制；研究材料内部残余应力分布对大型铝合金薄壁构件服役性能的影响规律，建立各工艺阶段许可残余应力的确定方法。

③大型铝合金薄壁构件高速切削变形与表面完整性主动控制：

分析大型整体薄壁构件铣削变形规律，研究材料去除顺序与自位支撑刚度强化、刀具路径规划与空间切削力分布、数控加工误差补偿等高速铣削变形主动控制技术；研究材料去除尺寸效应、结构敏感性、主传力纤维方向、表面层位错强化与热动性等对表面残余应力影响规律，基于力－热耦合作用机理，建立加工表面残余应力模型，获得零件表面完整性的主动控制技术。

④壁板结构-加工表面完整性-损伤容限的关联机制：

以提高壁板结构损伤容限为目的，研究构建材质织构方向-主传力纤维方向的顺应设计、止裂为目的的选择性结构增强设计，研究关键部位表面完整性与结构损伤容限的关联机制，提出壁板结构增强设计-止裂选择性增强-加工表面完整性一体化的制造策略。

⑤大型铝合金薄壁构件形状精度协调与补偿：

针对大型薄壁构件的整体配合协调问题，研究外形协调与交点协调时铝合金薄壁构件的形变位移，查明协调形变位移与残余应力再分布的映射关系，分析协调内应力场对构件服役性能的影响。

研究协调过程中铝合金薄壁构件形变位移对气动外形精度的影响，研究最小协调形变位移的构件形状设计原则，反演切削路径的可行性参数，提出大规格铝合金厚板构件加工的形状精度工艺补偿策略。

（3）复合能场作用下构件焊接成形及连接区组织与服役性能控制

针对高性能轻质合金大型复杂结构焊接成形，存在材料可焊性较差、焊接质量稳定性和可控性较低，不能满足航天航空极端使役环境要求的关键问题，开展焊接新方法及接头质量控制研究，研究工作从以下三方面展开：

①超声作用下的搅拌摩擦焊接方法及接头质量控制：

研究超声波对焊接区温度－应力－流速三场强耦合关系解耦机理及其降阻、降温和通流效应；研究超声搅拌焊焊缝组织与性能特征；建立超声作用下的搅拌摩擦焊的热－力－流仿真模型；研究超声波对组织不均匀性、弱结合、焊底微虚焊等缺陷的控制作用；形成接头的微观组织与性能的精细控制理论与技术。

②强冷外场下的搅拌摩擦焊接行为及其强化效应：

研究高速旋转搅拌头周围强冷介质的动态行为；建立搅拌摩擦焊接产热模型，分析强冷外场下的焊接热循环与温度场特征；研究接头各区内的晶粒形态、尺寸、取向以及沉淀相的溶解、析出、长大和分布规律；研究焊接工艺参数对接头性能的影响规律，优化搅拌摩擦焊接工艺，实现接头微观组织和性能的控制。

③电子束焊接的图像传感及接头质量控制：

研究熔池的传热、传质及流动行为；建立图象传感系统和熔深控制模型；分析气孔的形成机理、提出气孔的控制方法；研究接头的微观组织、力学性能及其与工艺参数的相关性。

围绕科学问题3-过饱和凝固成形的多能场作用与偏析调控展开以下2个方面的研究：

（1）大型复杂梯度材料高性能钛合金构件激光近净成形基础

①大型复杂梯度材料高性能钛合金构件激光直接近净成形熔池非均质熔体超常冶金动力学及非平衡快速凝固行为、构件梯度成分和梯度组织演化规律；

②大型钛合金结构件激光快速成形超常热传输行为及温度场，激光直接近净成形大型复杂梯度材料高性能钛合金构件材料和轻质结构优化设计理论、热处理固态相变行为、特种梯度显微组织形成机理；

③大型复杂梯度材料高性能钛合金构件激光直接近净成形工艺、内部特殊冶金缺陷形成机理及内应力形成规律，内部缺陷外场响应与无损检测特性。

（2）高合金化大规格构件锭坯过饱和凝固成形与性能的外场调控

①超声外场净化铝合金熔体作用与机理，外场活化铝合金熔体微细质点的形核作用与机理，外场作用下非均匀形核及相变界面形态形成规律，熔体宏观传热流动与微观相变动力学；

②电磁场大扰动及超声波微冲击的协同作用下大规格铸锭铸造时的流场与温度场分布规律，研究结晶器、冷却介质与熔体、液固界面的传热、传质行为和熔体的过冷行为，界面的隔离与润滑及其传热强化机理；

③凝固组织与熔体结构的相关性、外场作用下大规格铸锭铸造时的组织调控方法，揭示在复合能场作用下凝固组织在凝固成形、压力加工、热处理过程的演变规律与组织遗传规律；

④多外场协同作用的参数匹配规律，开发多外场精确调控过饱和凝固组织的核心技术与装备，突破大型铸锭和构件的规格极限和组织均匀性极限，形成多外场协同作用下高成形性凝固组织精确调控的技术原型。

二、预期目标

总体目标

本项目结合我国航空航天领域战略发展对轻质高强、高可靠性和功能高效化本体结构的紧迫需求，针对我国大型复杂高性能整体结构件制造技术发展严重滞后的现状和技术瓶颈，研究高性能轻合金大型复杂整体构件形/性一体化制造流程的基本规律，建立独具特色的大型复杂整体构件制造过程中宏微纳多尺度能量通道与形性演变的多物理场调控原理和技术体系，实现铝、钛高性能轻合金大型复杂整体结构件制造技术的跨越，大幅度提升极端服役构件性能水平，推动我国先进制造技术的发展，有力地支撑国民经济发展与国家安全。

五年预期目标

1）揭示框梁类整体构件成形的塑性流变物理场与宏微纳观结构的演变与交互作用机理，建立大型复杂构件不均匀塑变成形热力耦合作用与晶体缺陷组态演变理论，发展构件成形与组织结构性能综合调控原理，创立独具特色的框梁类整体构件超低速等温模锻成形、局部加载成形技术。

结合大型运输机需求，研制大型承力隔框（4850×1180×120mm）用新型高强铝合金（7085－T7452）模锻件，性能达到国际标准；结合军机研制需求，形成投影面积2-3m2钛合金整体隔框类构件近净省力成形技术；

2）探明从铝合金厚板到整体壁板的制造过程中的应力弛豫特性及其影响构件形状精度的规律，揭示多物理场调控加工界面微纳结构提升构件承载性能的机理，创建薄壁构件残余应力状态及铣削表面性能控制方法，发展超声波等复合外场调控的蠕变时效成形和焊接新技术，开辟我国大型航空航天装备急需的具有气动外形复杂结构整体壁板类构件制造的新技术途径。

在满足5级（6级）加工精度的前提下，将大型薄壁构件切削加工效率提高30％，铝合金曲率型面壁板的型面贴合度不大于0.5mm，高强铝合金搅拌摩擦焊接接头强度系数不小于0.75，2.7m长钛合金电子束焊接构件直线度不超过0.5mm。

3）系统建立大规格高合金化高成形性构件锭坯过饱和凝固成形、梯度材料/梯度组织高性能钛合金构件激光微区熔化快速凝固成形/成性的宏微纳多尺度能量通道的多能场协同调控原理，建立具有我国特色的复合能场连续铸造和梯度材料/梯度组织钛合金构件激光快速成形的先进技术原型。

锭坯规格达800mm厚，等轴细晶，晶粒尺寸小于150μm，突破超高强铝合金铸锭的尺度与性能限制；梯度功能钛合金激光快速成形件达600mm×80mm×80mm。

4）论文专著、专利与获奖：

发表论文200篇，其中SCI、EI源刊物150篇，专著2～3本，申报专利30～40项，获省部级以上奖励3～5项。

5）培养出一批大规格高性能轻合金材料制备与构件先进制造领域的中青年学术带头人，造就一支队伍，建立与发展轻合金材料/构件一体化制造领域的基础研究和技术创新基地。

三、研究方案

4.1学术思路

针对航空航天与武器装备战略产业用高性能大型复杂轻合金构件高完整性成形和高性能成性的重大制造难题，结合大型框梁类主承载整体构件及大型气动复杂外形整体壁板类构件成形制造的全流程，研究其核心科学问题—多能量传递通道及其作用机制、构件/材料成形成性全过程的多尺度结构状态和过程演变、多种结构物理效应向宏观服役性能的转化机制，从高性能轻合金大型复杂整体构件形/性一体化制造的系统层面上开展对高性能超大规格构件的制造新原理与组织性能调控技术的系统研究，从中探索出启动构件高服役性能的结构组态与能量通道，探索出能规避缺陷高完整性大构件成形的制造环境规律，探索出成形成性条件耦合状态下的高品质制造系统，建立大型复杂高性能轻合金构件精确控形控性的理论基础和技术原型，提高超大规格高性能构件的性能和质量，满足国家重大战略工程发展的需要。

国家重大需求、关键科学问题、主要研究内容和预期的源头创新成果列表如下：

国家重大需求

关键科学问题

主要研究内容

源头创新成果

高性能轻质合金材料大型整体主承载框梁构件制造

大型复杂构件非均匀塑变成形的热力耦合与晶体缺陷组态演变

大型铝合金复杂结构件整体等温锻造成形与小角度晶界调控

整体构件不均匀流变成形的晶体缺陷组态调控原理与均匀化技术

大规格钛合金整体构件的局部形变与多相微结构演变及与宏微不均匀性的调控机制

超大规格整体构件局部流变成形的性能均匀化调控原理与技术

高精度复杂气动外形整体壁板制造，突破大型整体组合构件的结构效率与整体服役性能的提升

构件成形的应力弛豫作用与界面微结构演变及调控

大型铝合金薄壁构件制备与加工中内应力与表面完整性主动控制

厚板加工制备与铣削的外场调控原理

复杂整体构件的弹性应力场下蠕变成形及纳米强化相析出状态调控

复杂整体壁板多能场蠕变时效成形新原理与新技术原型

复合能场作用下的焊接新方法及接头微观组织演变与控制

高性能轻合金构件的先进焊接方法及技术原型

大型复杂结构钛合金激光快速凝固成形整体构件

过饱和凝固成形的多能场作用与偏析调控

梯度功能钛合金构件激光成形的凝固微观组织特性与远平衡能量输运原理

梯度材料钛合金构件材料与轻质结构设计理论及其激光成形新技术

大规格优质高强高成形性铝合金铸锭

大规格优质高强铝合金铸锭成形的外场调控与组织性能的影响机制

大规格优质铸锭的微结构形成机理与外场调控技术

理论源泉

制造科学，力学，数学，控制科学，材料科学，物理学

4.2技术途径

本项目结合国家发展航空航天装备对轻合金大型复杂结构整体构件的重大需求，突破构件成形/成性分阶段孤立进行的传统技术路线，以揭示整体构件成形和性能形成的微纳结构的全程演变机理、探求多种成形方法的多尺度能量传递通道及其调控规律为纽带，围绕大型框梁类主承载整体构件及大型气动复杂外形整体壁板类构件成形的全流程关键技术—包括：

铝合金锭坯半连续铸造成形、变温锻造、等温精密模锻、局部加载成形、采用预拉伸板材的整体冷加工成形、焊接成形、蠕变时效成形及激光快速成形等—展开多学科交叉基础研究，揭示轻合金大型复杂整体构件成形/成性的能量通道调控规律与宏微纳结构演变的交互作用机制，建立轻合金大型复杂结构整体构件制造全流程成形/成性的宏微纳结构与性能控制的多物理场调控理论与关键技术；为大型轻合金复杂结构整体构件的高结构效率设计与制造开辟新的技术途径，建立大型复杂构件的宏微纳多尺度结构演变控制原理和材料/构件一体化制造的外场调控与轻合金材料适应性控制技术原型，解决大构件制造加工残余应力、组织性能均匀性与高成型精度一体化控制等关键核心问题，提高超大规格高性能构件的性能和质量，满足国家战略发展的需要。

●大型复杂构件非均匀塑变成形的热力耦合与晶体缺陷组态演变

以复杂构件整体锻造精确成形与回复组织及小角度晶界稳定化为调控主线，构建超强铝合金的变形塑性图－抗力图－再结晶图，研究锻造成形温度－应变－应变速度及第二相对回复和晶界结构的协同调控，确立锻造成形中基体晶粒和亚晶微取向回复组织及其小角度晶界稳定化条件，为实现锻件性能最优化奠定基体组织基础。

研究复杂构件低速等/变温锻造成形与缺陷抑制，发展抑制锻造过程组织缺陷（流线紊乱、涡流、折叠等）的调控方法，为复杂构件低速等/变温模锻工艺的设计方法与准则提供理论依据。

研究低速等温成形锻件固溶时效中晶界与析出相演变及调控方法，揭示锻造成形回复组织的小角晶界结构的强韧耐蚀作用及机理，突破大型复杂锻件的综合性能。

以大型构件局部加载成形中材料不均匀变形、组织性能与形状尺寸的精确控制为主线，着重研究局部加载主动不均匀变形调控理论、多场多因素耦合下微观组织演变与精确控制理论、多模具、多参数协调下全过程优化设计与精确控制理论，在此基础上发展典型代表性的大型复杂构件精确、省力、近净成形技术和理论。

具体如下：

通过物理模拟试验挖掘影响成形过程的主要工艺因素，分析其基本的成形力学特点、不均匀变形与组织演化特征。

采用热模拟试验和拉伸试验建立材料宏观变形与微观组织演化耦合模型；通过研究大型整体构件局部加载成形中复杂不均匀塑性变形、缺陷生成的机理，探明不同变形区及过渡区不均匀协调变形机理及其对精确成形过程的效应和作用机制，形成局部加载多道次下主动不均匀变形调控理论；结合对大型复杂整体构件局部加载不均匀变形协调分析、组织演化控制、预成形毛坯及加载道次优化设计，研究大型复杂整体构件局部加载成形过程、模具和参数优化设计及其反问题，采用正向模拟和反向模拟相结合的方法，研究通过改变局部加载方式及其多因素的耦合控制材料流动、不均匀变形协调及组织演化，获得不同局部加载条件下工艺—变形—组织—性能的关联关系，并建立大型整体构件局部加载成形组织演化与性能预测的多尺度模型和模拟仿真计算方法，揭示多场、多因素耦合下材料组织演化机理及参数的作用机制，形成多场多因素耦合下微观组织演变与精确控制理论；从成形精度和性能要求以及主动控制不均匀塑性变形目标出发，系统研究大型整体构件成形过程的毛坯设计、道次确定、变形量分配、加载条件、润滑方式及模具设计和优化提出创新性构思，形成全过程优化设计及精确控制理论。

●构件成形的应力弛豫作用与界面微结构演变及调控

本项目针对我国提升航空航天装备功能的紧迫需求，以高性能低残余应力均质铝合金预拉伸厚板制备和高速铣削为基础，通过引入超声、非均匀交变载荷等，发展多能场蠕变时效成形技术，以及复合外场摩擦搅拌焊接和电子束新焊接技术，开辟航空航天装备所需更高结构效率、超大型整体壁板构件制造的新技术途径。

根据国际上已将蠕变时效成形列为制造具有气动外形复杂结构大型整体壁板关键新技术的发展趋势，本项目将从以下几方面突破蠕变时效成形原理与技术：

①研究不同类型铝合金成形过程中析出相种类、形态对蠕变、应力松弛等形变行为的影响机制，揭示铝合金相变/形变力学行为的交互影响规律，为发展蠕变时效成形新工艺、创制成形性更高的蠕变成形铝合金打下理论基础；②在蠕变时效成形的热/力条件基础上，在成形过程前和成形过程中施加具有交变特性的单一或复合温度－应力场，研究多能场条件对成形过程中纳米强化相析出的调控作用，探明高强铝合金构件蠕变时效成形/成性协同控制的多能场加载路径，创建高性能复杂整体构件的多能场蠕变时效成形技术原型；③从构件壁板类构件制造的铝合金板材的成分设计及其微结构与织构组态调控出发，研究高强铝合金成分、织构组态对成形的多能场作用下析出相的应力位向效应对构件各向异性的调控机理，揭示纳米强化相与基体晶粒织构组态耦合对构件成形/成性的影响机理，创建高性能构件蠕变时效成形的构件/材料一体化制造原理与技术。

针对大型铝合金薄壁构件板坯制备与高速铣削加工过程中残余应力严重影响构件形状精度的现状,在直接测量大规格厚板与构件残余应力的工程技术仍存在巨大挑战的的情况下，只有从材料制备到构件装配全过程残余应力的演变与评估入手，研究大型铝合金薄壁构件加工制造全过程残余应力遗传演化与多尺度预测模型，建立根据构件结构特点对厚板残余应力进行控制与表征的方法，才能攻克制约整体壁板形状精度的残余应力全程控制难题。

针对大型薄壁构件的整体配合协调问题，研究最小协调形变位移的构件形状设计原则，反演切削路径的可行性参数，建立形状精度工艺补偿原理。

另外，针对铝合金高速铣削加工的非稳态温度场与高应变速率特点，研究切削加工过程中表面、亚表面微观结构演化规律，为大型复杂铝合金薄壁构件高速铣削加工过程的表面完整性和构件性能的主动控制提供依据

针对高性能轻质合金大型复杂结构焊接制造的关键问题，提出采用超声、强冷等外加能场以及图像传感等控制接头质量的新方法，以集成创新及应用基础研究为主，形成具有自主知识产权的焊接新技术，发展多能场下接头微观组织演变控制理论，为大型复杂结构的焊接制造奠定基础。

具体路线是：

采用试验研究和模拟分析相结合的方法，分别考虑超声场和强冷场的辅助作用，建立搅拌摩擦焊接的数学模型，揭示焊缝形成的微观机制；借助各种微观分析手段，分析接头微观组织区域的构成及分布特征，提出接头微观组织演变的物理模型，探明超声场和强冷场对接头微观组织演变以及焊接缺陷形成的影响规律，为控制接头质量提供理论依据；研制电子束图象传感系统，提取焊接溶池特征信号，建立焊接熔深控制数学模型，阐明焊接溶池流动对焊缝成形及气孔产生的影响机制，实现大厚度铝合金或钛合金的焊缝成形控制及焊接缺陷控制。

为大型复杂构件整体成形、选择性增强和混杂结构等先进航空设计制造理念提供连接技术支撑。

●过饱和凝固成形的多能场作