搅拌摩擦焊（Friction Stir Welding）是基于摩擦焊接技术一种固相焊接技术，其原理是一个非耗损的搅拌头旋转扎入焊接工件的连接界面，当搅拌头向前沿着焊缝移动时，塑化金属在机械搅拌和顶锻作用下形成致密的固相联接。

1搅拌摩擦焊的工作原理及特点

搅拌摩擦焊接时，搅拌头一边高速旋转，一边沿着焊接方向前进，焊接过程中，搅拌头轴肩与被焊工件表面摩擦产生热量使工件达到塑性状态，塑性状态的金属在搅拌头旋转压力的挤压作用下，沿搅拌针从前进侧被搅拌到后退侧，随着搅拌头的移动，高度塑性变形的金属流向搅拌头的后部。冷却后形成焊缝。在实际工作中，搅拌摩擦焊的焊核由于受到搅拌头的高速旋转挤压作用，该区原始的组织晶粒被搅拌破碎，同时在轴肩与母材摩擦产生的热作用下，发生动态再结晶，由母材轧制状组织变为细小的等轴晶。热机械影响区在搅拌头的高速旋转作用下发生明显塑性变形，受到的摩擦热低于焊核，不足以使组织发生再结晶，因此只发生部分长大。热影响区在热循环作用下，组织晶粒发生二次长大，该区组织明显粗化，甚至比母材还粗大。焊接时搅拌头缓慢插入母材中，摩擦头的轴肩与板材的表面紧密接触并压人一定深度。焊接时摩擦头高速旋转并沿待焊板材的接缝向前运动。摩擦头的轴肩、搅拌针与试件摩擦生热，产生的摩擦热使搅拌针周围金属处于热塑性状态。在摩擦搅拌过程中轴肩一方面提供了大部分的摩擦热，另一方面轴肩的下压作用防止了塑性状态金属的溢出。搅拌针前方塑性状态下的金属在摩擦头的驱动下向后方流动。在搅拌头的摩擦搅拌作用下，搅拌针周围的材料形成塑性层，从而形成了搅拌摩擦焊焊缝，使待焊件焊为一个整体。

纵截面

顶截面

图1搅拌摩擦焊示意图

2搅拌摩擦焊的优点:

1)高度一致的焊接质量，无需高的操作技能和训练；

2)单面焊接的厚度为1.6～15 mm；

3)焊接接口部位只需去油处理，无需打磨或洗刷；

4)不需焊丝和保护气氛；

5)节省能源，单面焊12.5 mm深度所需动力仅为3 KW；

6)焊接表面平整，不变形，无焊缝凸起和焊滴，无需后续处理；

7)无电弧、无磁冲击、闪光、辐射、烟雾和异味，不影响其它电器设备使用，绿色环保；

8)焊接温度低于合金的熔点，焊缝无孔洞、裂纹和元素烧损。

与熔焊相比 其具有一系列的优点 包括

1)焊接变形小；

2)焊缝金属力学性能好

3)工作环境好

4)搅拌头属于非消耗性材料

5)操作简便

6)氧化皮可以自动去除

7)搅拌摩擦焊设备结构简单

8)易于实现自动焊接和机器人焊接

9)搅拌摩擦焊可用于焊接裂纹敏感性较高的合金材料

3搅拌摩擦焊的应用：

搅拌摩擦焊在宇航、船舶、高速列车、汽车等制造领域具有广阔的技术应用前景。如图2所示。

图3搅拌摩擦焊的应用

4搅拌摩擦焊的焊接实例

如图4所示。

不锈钢的搅拌摩擦焊接接头及金相

铝合金的搅拌摩擦焊金相组织

图4不锈钢和铝合金的焊接实例