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随着我国工业的迅猛发展,铝及铝合金焊接结构已广泛应用于车辆、船舶、建筑、化工机械、航空航天等诸多民用和军工领域,铝及铝合金的焊接也得到了越来越多的关注。铝合金焊接存在着接头软化严重、焊接系数低、焊接时易产生热裂纹等问题,这些问题严重制约了铝合金焊接结构在各领域中的应用。有研究表明,在不改变基材及焊接工艺的前提下,优化焊丝成分是改善焊后焊接接头组织性能的重要手段。基于此,本文以ER4043、ER5183和ER5356焊丝的合金成分为基础,通过改变主合金元素含量及添加Sc、Zr等微量元素的方式对焊丝进行微合金设计,使用微合金化焊丝对铝合金母材进行对接焊和表面堆焊,对堆焊层进行焊后热处理,借助金相显微镜、XRD物相分析仪、宏观硬度仪、常温拉伸试验机、扫描电镜和透射电镜等设备,考察了主合金元素、微量元素和焊后热处理工艺对焊后焊接接头及堆焊层显微组织与力学性能的影响规律,探究了各合金元素及焊后热处理的作用机理,获得了较为理想的微合金化ER4043、ER5183和ER5356焊丝合金成分及焊后热处理工艺制度,显著提高了焊接接头的强度和堆焊层的耐磨性。首先以ER4043焊丝的标准化学成分为基础,详细研究了主合金元素Si、微量元素Sr和Mg以及焊后热处理工艺对焊丝焊后堆焊层以及焊接接头组织性能的影响规律,获得了较为优良的微合金化ER4043焊丝的合金成分(Al-5.9Si-0.06Sr-0.3Mg(wt.%))以及合理的焊后热处理工艺制度(540℃/4h固溶+170℃/12h时效)。以ER5183焊丝的标准化学成分为基础,通过改变主合金元素Mg含量及添加微量的Sc、Zr、Er、Ag和Ce,对ER5183焊丝进行微合金化设计,研究了各合金元素及微合金化方式对ER5183焊丝焊后焊接接头显微组织与力学性能的影响,获得了较为理想的微合金化 ER5183 焊丝的合金成分:Al-4.7Mg-0.8Mn-0.1Ti-0.1Sc-0.2Zr(wt.%)。与传统的ER5183焊丝相比,使用该焊丝焊后焊接接头的抗拉强度和屈服强度分别提高了16.6%和 24.0%。此外,本文还研究了 ER5356焊丝与ER5183焊丝焊后焊接接头间组织与性能的差异,发现ER5356焊丝与ER5183焊丝焊后焊接接头的显微组织差异不大,ER5356焊丝焊后焊接接头的强度略小于ER5183焊丝的焊接接头,但塑性更佳。Sc、Zr和Er微合金化对ER5356焊丝焊后焊接接头组织性能的影响规律和作用机理与ER5183焊丝焊后焊接接头基本相同。本文成功开发出了合金成分较为理想的微合金化ER4043、ER5183和ER5356焊丝,其中微合金化ER4043焊丝可用于6061铝合金板材的对接焊及表面堆焊,使用该焊丝焊后焊接接头组织性能良好,堆焊层耐磨性极佳;微合金化ER5183和ER5356焊丝可用于7A52铝合金板材的对接焊,焊后焊接接头具有优良的强韧性组合,其中微合金化ER5183焊丝焊后焊接接头的强度最高,但塑性一般,而微合金化ER5356焊丝焊后焊接接头的塑性较好,但强度略低于ER5183焊丝焊后焊接接头。