1。6 本课题研究目的

（1）在常规的搅拌摩擦焊中，常出现热输入不够，局部未焊透，使得焊缝成型不好，或是轴向压力过大，损伤焊件表面组织结构，还有需要背部支撑，无法完成狭小空间的焊接等诸多问题。因此，对于双轴肩搅拌摩擦焊的研究尤为重要。

（2）搅拌头是搅拌摩擦焊的心脏，它的材质，形状，尺寸对金属的塑性流动影响很大，关乎着整个焊缝的显微组织和力学性能，甚至决定着整个焊接过程的成功与否。尤其在双轴肩搅拌摩擦焊中，多了一个下轴肩，需要靠搅拌针来传递扭矩，搅拌针常出现断裂的问题。所以，搅拌头的设计成了重中之重的问题。

    （3）采用相同的铝合金焊件，采用相同的双轴肩搅拌头，但不同的焊接参数对焊接效果有着很大的影响，究竟怎么焊才能得到理想的铝合金焊缝，即获得成型好，组织优良，综合力学性能好的接头，这是我们最终研究的目的。因此，焊接工艺（焊接速度，旋转速度，旋转方向等）的研究与优化是我们不得不考虑的问题。

1。7 本课题研究内容

（1）设计双轴肩搅拌头，包括搅拌头的材质，尺寸，轴肩和搅拌针的形貌，以及各个部分的连接与过渡。

（2）用已设计出的搅拌头，分别对6mm和10mm的6061-T6铝合金进行双轴肩搅拌摩擦焊。

（3）对焊好的板件进行宏观形貌，尤其注意随着参数的不同，接头缺陷的演变过程。

（4）对板件进行金相制样，观察和分析微观组织，进一步判断成型优良。

（5）对焊缝进行力学性能实验，包括显微硬度实验和拉伸实验，从而改善搅拌头设计，优化工艺参数。

2 双轴肩搅拌头的设计

2。1 搅拌头的材质选择

双轴肩搅拌摩擦焊接过程中，并无第三方提供热量，为能产生足够多的热量，使材料充分软化，搅拌头的上下轴肩会和焊件产生强烈的摩擦作用，此外，搅拌针也会和材料发生剧烈的摩擦，剪切，挤压等作用，因此，搅拌头的材料必须要具备高耐磨性，高硬度以及抗氧化性。

考虑到本课题要焊接的是6061-T6铝合金板，强度和硬度，以及熔点并不是很高，焊接所需达到的温度不是很高，因此搅拌头的材质选择高氮钢即可。

2。2 搅拌头形状的设计文献综述

双轴肩搅拌摩擦焊的研究并无传统搅拌摩擦焊深入，技术也还未完全成熟，还处在一个初步发展的阶段。因此，本课题的研究方向更多的是往实验方向靠拢，而非生产方向。

虽说分体式的搅拌头轴肩距可变，实验更为方便灵活，适用范围广，各个部分可拆，也能分别加工，部分零件坏了不用全部重新加工，更能节约成本。但考虑到搅拌头的加工难易程度，以及实验的工作量并非很大，因而，双轴肩搅拌头设计成一体式的，即固定轴肩距的。

本实验最终是在已有的实验设备基础上完成，为了装配的可行性和精确性，夹持端的设计保留传统搅拌头的形状。

轴肩形貌采用凸轴肩。凹轴肩对塑性流动金属的包拢效果较好，在焊接过程中形成一个密闭空间，能把金属聚集在中心处，而不往两边流动，但同时会带来另一个问题，凹轴肩只有周边一圈与工件接触，挤压面积小，产热严重不足，并且轴肩周边还易磨损。而凸轴肩对金属的聚拢效果虽然没有凹轴肩的好，但凸轴肩对工件的挤压优于凹轴肩，接触面积大，产热足。因此，理想的搅拌头应该是凹轴肩和凸轴肩结合起来，既保证了对流动金属的聚拢效果，又能保证轴肩对工件的挤压作用，保证产热足够。即在凸轴肩的基础上，在轴肩表面上增加数道凹槽，从而使得周边流动金属顺着凹槽往中心处流，代替凹轴肩对流动金属的的聚拢效果，如图2。1所示。但考虑到搅拌头加工的难易程度，舍弃了轴肩表面凹槽的加工，只做成光滑表面的凸轴肩