1.2.3静止轴肩搅拌摩擦焊焊接特点

在SSFSW过程中，热输入主要来源于搅拌针与材料之间摩擦产热和材料塑性变形热。而常规FSW过程中转动的轴肩与被焊试板之间产生大量无效摩擦热，只有搅拌针产生的少数热量用于焊接。因此，常规FSW较大的热输入量中有很多热量为无效热量对材料的组织和性能产生负面影响，导致材料的组织和接头的性能大大下降，因此，在材料厚度方向上的力学性能的不均匀会使得焊接接头产生局部变形而导致过早失效[12-14]。然而在SSFSW过程中，由于轴肩不转动只是沿着焊接方向向前摩擦移动，所以轴肩与被焊材料之间大量的无效摩擦热不再产生，摩擦热仅产生于搅拌针及被焊材料的周围表面，并作为有效热输入量用于软化被焊材料[5]，从而保证成功实现焊接，常规FSW与SSFSW焊接工具如图1-3所示。通过减小轴肩的尺寸的方法来达到降低焊接载荷的目的，但是这种方法会引起焊缝力学性能恶化以及影响焊缝成形的问题，因此加入辅助的静止轴肩，不仅能够有效地减少飞边，而且可以防止发生塑性变形的材料从旋转搅拌针的两侧被挤出，同时能够避免产生孔洞等缺陷。另外，焊缝可以达到与母材的厚度相等，这样就避免了搅拌摩擦焊过程中由于焊缝减薄而造成接头的力学性能下降。SSFSW焊接接头的表面的平整度及光滑程度几乎与母材相同，成形性非常好，这些优点是常规FSW所不具备的。

由于在实际应用中机车车辆、船舶、航空航天等焊接结构件往往会承受较大的交变载荷，在交变载荷的作用下，这些焊接结构件会产生低应力的疲劳破坏，使得这些结构件失效，并造成巨大的生命和财产损失。而在SSFSW过程中，不转动的轴肩对于焊缝成形的挤压的作用，使得SSFSW过程中产生一定的残余压应力，从而提高焊接接头的疲劳强度[35]。因此，焊接接头的疲劳性能在SSFSW过程中得到了一定的提高。

1.2.4现存问题

SSFSW在铝合金和钛合金中应用的可行性和诸多优点已经得到验证。在SSFSW过程中使用性能可靠的搅拌工具是能否得到高品质焊接接头的决定性因素，但是搅拌工具的设计制造等核心技术大多由国外有关部门所掌握，目前，只有极少量关于静止轴肩搅拌摩擦焊焊接接头的力学性能及组织特点的研究被公开报道。而关于SSFSW不同接头形式的工艺参数范围、组织特点及缺陷等未做深入研究，并且也没有报道有关于静止轴肩搅拌摩擦焊的断裂韧性等重要力学性能的研究。

1.3静止轴肩搅拌摩擦焊研究现状

1.3.1国内研究现状

1.3.2国外研究现状

1.4研究内容、方法及目的

1.4.1研究内容及方法

通过以上内容可以知道，静止轴肩搅拌摩擦焊是固相连接技术的最新发展之一。在实际工程应用如高品质固相连接、薄板焊接、复杂接头形式的焊接以及增材制造中的应用前景十分广阔[12]。但是，目前国内外关于静止轴肩搅拌摩擦焊的研究和报道较少。为阐释静止轴肩搅拌摩擦焊工艺的优越性，本文以6061-T6铝合金为试验材料，对工艺参数条件下获得的焊接接头的质量、接头的宏观形貌及微观组织的影响及焊接接头力学性能的影响等进行较为深入的研究和评价。具体工作从以下几个方面进行：

（1）设计合适的材料尺寸并设计合理的焊接工艺参数；根据制定的试验参数，实施焊接。在施焊过程中可以改变的焊接工艺参数包括搅拌头的旋转速度、焊接速度、搅拌头的倾斜角度。任一参数的变化都会引起焊接过程中产热量的变化，从而影响焊接接头组织和性能。本实验中，先选取一组变化参数，其他参数不变，通过组织性能测试得出另外两组最佳参数。分析研究焊接参数的变化对焊接接头性能的影响规律；