1.2搅拌摩擦焊

1.2.1搅拌摩擦焊原理

搅拌摩擦焊（FrictionStirWelding，FSW）是由英国焊接研究所开发的一种绿色新型固相连接技术[4-5]，它利用其独特原理使得以往通过传统焊接方法难以实现焊接的材料得以实现连接。

图1-1FSW焊接原理

搅拌摩擦焊原理与传统常规摩擦焊一样，摩擦热与塑性变形热是搅拌摩擦焊的焊接热量来源[6-9]。如图1-1所示，被焊试样放在底部垫板上并用夹具夹紧，以免在焊接过程中试样受力发生滑动或移位。焊接工具主要包括夹持部分，轴肩和搅拌针。焊接时，搅拌头在电机的驱动下缓慢进入母材中，直到搅拌头的轴肩接触到母材的表面。焊接过程中搅拌头与母材做相对运动，一般搅拌头不动，母材做相对运动。产生的塑性层，从搅拌针前部向后方移动，随着焊接过程的进行，搅拌头尾端材料冷却形成焊缝，从而连接两块板材[10]。

1.2.2搅拌摩擦焊特点

FSW作为一种绿色焊接方法，与手工电弧焊等焊接方式相比，焊缝成型好，缺陷少，焊接接头组织变化小；焊后变形小、应力低，搅拌摩擦焊焊接时，被焊试样不发生熔化，且随着焊接过程的进行，试样不断发生塑性变形，焊接应力逐渐得到释放，而采用传统熔焊方法进行焊接，常常存在较大变形及应力；搅拌摩擦焊焊接过程耗材少，焊接过程不要填充焊接材料，大大降低焊接成本；搅拌摩擦焊焊接过程环保，不释放污染性烟尘及有害气体，且操作过程方便不复杂；焊前准备过程不用开坡口，适应板厚能力强，甚至适用于大厚度板材连接，不用提前表面清理，减少了焊接工作，焊接效率高；焊接过程中轴肩摩擦可去除表面的油污、氧化膜，对于塑性较好的轻合金焊接，远优越于传统熔焊方式；焊接温度未达到材料熔点，无需考虑材料互溶性，便于实现异种材料连接；焊接过程对周围空间温度条件要求不高，适应于多种环境多种形式接头下焊接[11-12]。

但是，FSW也存在一定的不足，焊接工具的设计、过程参数及力学性能数据只对较小范围、一定厚度的合金适用；搅拌摩擦焊采用摩擦热作为一部分热量来源，摩擦加剧搅拌头的磨损，搅拌头要经常更换，费用相对较高；焊接过程对试样装夹要求高，试样需要紧紧固定在工作台上，需要设计特定的夹具；焊接下压力比较大，对设备刚度要求高，需要使用垫板，且设备体积过大，灵活性差，特定场合下难以实现搅拌摩擦焊接。

1.2.3搅拌摩擦焊的研究现状

1.3高转速搅拌摩擦焊

1.3.1高转速搅拌摩擦焊原理

高转速搅拌摩擦焊是一种采用超高转速（主轴旋转速度可以达到普通搅拌摩擦焊10倍甚至以上）的焊接方法，搅拌头配有超小轴肩，主要针对1mm及以下的超薄铝镁合金焊接，利用较高的旋转速度可以产生足够的热输入量，可以保证焊接过程在较高的焊接速度下进行。

1.3.2高转速搅拌摩擦焊特点

类似于常规搅拌摩擦焊，高转速搅拌摩擦焊也具有优于传统熔焊的优势，焊接过程不产生裂纹、气孔等缺陷，焊接区域温度变化小，接头组织变化小；焊后接头的内应力较低，变形较小，属于低应力连接；焊接时不要焊接材料，焊接过程绿色环保无污染小；比熔焊更节省能源，焊前不需要开坡口，适应板厚能力强，焊接效率高；适用范围广，适合多种焊接接头及焊接环境。

但同时高转速搅拌摩擦焊也有一些独特的优点，采用高转速搅拌摩擦焊时，主轴转速高于传统搅拌摩擦焊10倍及以上，焊接过程中可以产生更多的热量，在需要同样热输入条件下，焊接速度可以更大，比常规搅拌摩擦焊效率更高；主轴转速高，可以减少焊接过程对焊缝的下压力，一方面可以降低机器的刚度，另一方面可以使薄板焊接时避免焊缝减薄，焊接变形小。