常用的搅拌头材料有高氮钢和工具钢等，随着搅拌摩擦焊应用于越来越多高熔点合金材料，需要更高性能的搅拌头材料，如镍基，钨基等高温材料，甚至陶瓷，金属基烧结材料等已被采用。[8-9]

在焊接过程中，轴肩不但对塑性金属起包拢作用，还与工件表面摩擦产生热量，提供焊接热源。因此轴肩的形貌直接影响着接头的表面质量。几种常见的轴肩形貌图1。2所示。[10]

图1。2 常见的几种不同形式的轴肩形貌

     搅拌针不但可以与工件摩擦，增加产热，更重要的是，为焊缝区域的塑性金属流动提供机械搅拌力，使金属流动更加均衡合理，形成的组织更加致密。因而搅拌针发挥着复杂而又重要的作用，目前常用的搅拌头形式如图1。3所示。[11]

图1。3 几种常用的搅拌头

1。3 双轴肩搅拌摩擦焊

传统的单轴肩搅拌摩擦焊，常存在未焊透和需要自支撑等问题，在此基础上补充和完善，出现了双轴肩搅拌摩擦焊技术，如图1。4和图1。5所示。双轴肩搅拌摩擦焊，用下轴肩代替原来的背部刚性垫板，一方面节省了刚性装置的成本，最重要的是从根本上解决了根部缺陷和背面未焊透等问题。当然，也大大降低了焊接过程中的轴向压力，减少了对焊件表面组织的损伤。另外，多了一个下轴肩，使得摩擦产热量增大，上下表面受热均衡，不但利于焊接厚板材料，而且可以提高焊接速度，缩短生产周期。[12-13]论文网

        图1。4 双轴肩搅拌摩擦焊示意图              图1。5双轴肩搅拌摩擦焊实体图

   当然，双轴肩搅拌摩擦焊也会存在一些局限性，由于两个轴肩的存在，热输入增加，晶粒容易长大，增加了热影响区的范围，降低焊缝强度，另外，起焊时容易出现缺陷，焊接结束时避免不了出现孔洞。还有，搅拌针需要带动下轴肩转动，容易使得搅拌针断裂，因而对搅拌针的材质要求更加苛刻。[14]

    目前，双轴肩搅拌摩擦焊在航空航天（如火箭贮箱等圆形构件）的焊接中得到了很好的应用，尤其适用于焊接刚性较差的零件材料（如薄壁筒形结构件等）。因为双轴肩无需自支撑，无需像传统的搅拌摩擦焊一样，在背部建立复杂的刚性支撑结构，因而可以保持焊件原有形状尺寸的完整性。

    常见的双轴肩搅拌头有可调间距式的和固定轴肩式的两种，如图1。6和图1。7所示。

       图1。6 可调肩距式双轴肩搅拌头                     图1。7 固定轴肩式双轴肩搅拌头                 

1。4 铝合金的特性

    铝合金广泛应用于航空航天，汽车船舶等领域，具有密度低，导电率和热导率优良，比强度高，易成型等优点。此外，铝合金微观组织稳定，无低温脆变特性。虽然其化学性质活泼，但能在空气中形成致密的氧化保护膜，防止进一步氧化。[15]

        由于铝合金物理性能和化学性能的与众不同，使得铝合金在焊接方面有一定难度。焊接前需要清除氧化膜，熔焊时容易产生气孔。由于线膨胀系数大，导致产生热裂纹倾向也大。此外，由于热导率和比热容大，焊接过程中的热传导和热辐射加剧，需要较大的热输入，继而使得焊缝晶粒变大，接头力学性能变差。[16-17]

1。5 铝合金的双轴肩搅拌摩擦焊

    用常规方法（TIG，MIG等）焊接铝合金时，常出现气孔，夹渣，裂纹，变形等焊接缺陷。而如果使用双轴肩搅拌摩擦焊，无需保护气，也无需填充焊丝，避免了气孔和夹渣的缺陷。另一方面，焊接所需要的热并未达到焊件的熔点，与其它熔焊相比，焊接热输入能量大大降低，减少了热裂纹的倾向。此外，双轴肩搅拌摩擦焊无需背部刚性支撑，减少了产生焊接变形的可能。因此，双轴肩搅拌摩擦焊非常适合铝合金的焊接。