现在为了解决这些缺陷，2006年TWI提出了使用不转动的轴肩，便形成了静轴肩搅拌摩擦焊（SSFSW）。SSFSW是在常规FSW基础上将轴肩与搅拌针分离的新技术。在SSFSW过程中，只有内部搅拌针转动，外部轴肩不旋转，只是沿着焊接方向向前摩擦移动。SSFSW是固相连接技术的最新发展之一。与常规FSW相比具有焊缝表面成形光滑，减薄量小，焊接变形小等优点，由于SSFSW过程中的无效热输入量减少而使得焊接接头晶粒不会出现粗化的现象，因此焊接接头的疲劳性能、拉伸性能和弯曲性能等力学性能较常规FSW均有不同程度的提高。由于常规FSW受搅拌工具轴肩的限制，很难应用于不等厚材料对接接头、T形接头、角焊缝及箱形结构[7-9]的制造，而SSFSW则有望在这些接头或焊缝的焊接方面实现较大突破。由于SSFSW热输入较低，被成功应用于解决钛合金热导率较低导致在板厚方向存在较大温度梯度而影响接头性能的问题，因此本研究在实际工程应用中具有一定的现实意义。

6061铝合金是经热处理预拉伸工艺生产的高品质铝合金产品，6061-T6铝合金作为Al-Mg-Si系铝合金，强度中等，韧性良好，易于加工，焊接性良好，且具有良好的耐腐蚀性、上色膜容易等优点，在机车车辆、船舶、航空航天等领域的重要焊接结构件中得到广泛的应用。而焊接接头的质量与参数设定及材料尺寸等都有密切的影响。因此优化SSFSW工艺对于实际工程应用具有一定的现实意义。目前国内外学者关于6061铝合金的焊接工艺、接头形式以及组织性能等方面的研究获得了一些成果，并将会得到更大的进展。

1.2静止轴肩搅拌摩擦焊

1.2.1静止轴肩搅拌摩擦焊焊接原理

静止轴肩搅拌摩擦焊是一种非常新颖的搅拌摩擦焊工艺，在SSFSW过程中只有内部搅拌针转动，外部轴肩不随搅拌针旋转只是沿着焊接方向向前摩擦移动，示意图见图1-1。

在SSFSW过程中，当轴肩滑过被焊材料表面时不仅能防止被软化的材料溢出，而且有利于焊缝表面的成形。在焊接过程中，将搅拌针插入被焊试板中，使得静止轴肩与被焊试板紧密贴合，转动的搅拌针与被焊试板摩擦从而产生热量。位于搅拌针前方的材料在搅拌针旋转作用下发生强烈的塑性变形，并使材料向搅拌针后方流动，填充搅拌针后方的空缺部位从而形成焊缝。在SSFSW过程中的热输入主要来源于搅拌针与材料之间的摩擦热以及材料的塑性变形热[10-11]。SSFSW的焊接接头分为四个区域：母材区、热影响区、热机影响区和焊核区。处于焊缝中心位置的为焊核区，焊核区材料受到搅拌针的强烈的机械搅拌作用和焊接热循环的双重作用，其组织由板条状转变为等轴晶组织；FSW所特有的热机影响区位于焊核区两侧，处于热机影响区的材料只有一部分受到搅拌针的挤压和焊接热循环的双重作用，获得细小的晶粒，而另一部分组织只受到焊接热循环的作用，使得晶粒出现粗化的现象，热机影响区晶粒通常由高密度的亚晶界组成；热影响区位于热机影响区的两侧，位于该区域的组织只受到焊接热循环的作用，因此该区域的组织在形貌上与母材保持一致，只是出现了晶粒的长大和强化相的粗化，是整个焊接接头最薄弱的区域。母材区没有受到机械作用也没有受到热循环的作用。

1.2.2静止轴肩搅拌摩擦焊焊接工具

在SSFSW过程中，搅拌针的转动提供了焊接所需要的塑性流动和摩擦热量。由此可见，使用性能可靠的焊接工具是能否获得高品质焊接接头的必要条件。因此，SSFSW的焊接工具应该具备以下几个条件：第一、在焊接过程中，搅拌针高速旋转产生大量的热量而使得被焊材料软化，所以，搅拌针在高温条件下应该具有良好强度、稳定性、韧性以及一定的疲劳性能。第二、搅拌工具要具有良好的耐磨性，由于在SSFSW过程中搅拌针与被焊材料剧烈摩擦，所以，搅拌工具具有良好的耐磨性是保证焊接过程稳定及获得高品质焊接接头的重要影响因素。第三、搅拌工具应该易于加工。在SSFSW过程中，为增大材料的流动性，常常在搅拌工具上加工螺纹等形状，这要求搅拌工具具有良好的加工性能。最后，静止轴肩与搅拌针的配合也是重要的影响因素。在常规FSW过程中，搅拌针和轴肩为一个整体，而在SSFSW过程中，搅拌针和静止轴肩为两个不同部分，在焊接过程中，被软化的材料在搅拌针的挤压作用下，可能进入搅拌针和静止轴肩的间隙中导致搅拌工具失效，因此，搅拌针与静止轴肩的配合问题应该获得足够的重视，SSFSW焊接工具如图1-2所示。