图 1 镁-铝二元相图的参考形式

1。2 搅拌摩擦焊简介

1。2。1 搅拌摩擦焊原理

搅拌摩擦焊是英国焊接研究所（TWI）于 1991 年发明的一种固相焊技术，之后的几十年 已经得到了广泛的研究与应用。搅拌摩擦焊的基本思路比较简单，将旋转的搅拌头插入待焊 金属板材之间，利用搅拌针和轴肩的摩擦力将焊缝区金属加热到塑性状态，在搅拌针旋转作 用下形成稳定的流体场，以实现焊缝区金属的熔合与再结晶。

与传统的摩擦焊例如连续驱动摩擦焊与惯性驱动摩擦焊相比，搅拌摩擦焊引入了第三方 的搅拌头作为摩擦热源。基于这种产热方式，摩擦焊的焊接形式得以扩展，从对接到可用于 搭接，角接，T 型接头等形式。

与熔焊相比，搅拌摩擦焊接头具有晶粒细小，焊缝缺陷少的特点，焊件疲劳强度，抗拉 性能，抗弯曲性能均比较优异。在焊接过程中，无需焊丝、保护气等消耗品，无烟尘和飞溅， 且焊接后变形和焊缝应力值都在较低的水平。搅拌摩擦焊作为纯机械运作的焊接方法，易于 实现自动化和大规模生产，有很好的应用前景。论文网

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搅拌摩擦焊在某些方面也具有一定的局限性。比如在焊接过程中需要横向和纵向的刚性 固定，保持足够的顶锻压力，对焊接环境要求较高。焊接速度受到板件厚度，搅拌头强度等 因素的制约，对于中厚板焊接速度较慢。在焊缝末端会留下一个匙孔而造成应力集中，这一 问题已经通过伸缩式搅拌头的应用得到了解决。当搅拌摩擦焊件出现焊缝缺陷需要修补焊时， 传统的熔焊修补工艺会恶化焊缝性能，只能再次采用搅拌摩擦焊工艺进行修补。

1。2。2 对接搅拌摩擦焊与搭接搅拌摩擦焊

对接搅拌摩擦焊是研究较多的搅拌摩擦焊形式，且各种材料均有应用，其特点是焊缝性 能优良，成型方便，焊缝区晶粒细小，残余应力和残余应变均保持在较小的规模。搭接搅拌 摩擦焊相比于对接搅拌摩擦焊，具有更广泛的适用性，焊接前的准备工作较简单且对夹具固 定的要求较低。对接搅拌摩擦焊中，两基材在搅拌头的作用下发生破碎和混合，熔合区的成 分比较均匀。而在搭接搅拌摩擦焊中，上层金属被焊透，原有的界面被破碎，宏观观察到的 现象为焊接界面的迁移而没有明显的熔合区。迁移界面对搭接接头性能影响很大，迁移界面 处存在比较尖锐的迁移角，易产生应力集中，对焊件接头的抗拉、抗剪强度以及疲劳强度都 有不利的影响。迁移界面的产生方式与搅拌头的形状有关，主要有向下迁移、向上迁移与先 向上再向下迁移三种方式，主要原因为塑形金属在垂直方向上的流动。

1。2。3 搅拌摩擦焊的应用

搅拌摩擦焊自发明以来，在军用和民用领域都有很多的应用。尤其在高强度铝合金（7 系铝和 2 系铝）相关的结构中大放异彩。高强度铝合金用于生产火箭筒体，飞机机翼等部件。 它的传统熔焊工艺采用 MIG 焊，由于焊接热输入过大而导致不可控的热变形以及焊接裂纹。 在摩擦焊大规模应用之前，飞机和火箭采用大量的铆接结构，不仅增加了重量，也加剧了结 构的不稳定性。

上世纪 70 年代一种高强铝合金 Def Stan95-22 在英国的国防工业中大规模应用，传统的 MIG 焊不能满足对强度的要求。1995 年开始英国国防机构开始研究搅拌摩擦焊对此种铝合金 的焊接性，并很快的应用于坦克装甲等领域。研究表明，搅拌摩擦焊相对于 MIG 焊能显著提 高焊缝的应力腐蚀性能并显著减少裂纹的产生。在美国，2519-T87 铝合金在坦克及两栖装甲 运兵车中有大量的应用，通过搅拌摩擦焊提高结构强度，减轻结构重量。文献综述