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一、搅拌摩擦焊的定义及原理

搅拌摩擦焊（FrictStir Welding，简称FSW）是基于摩擦焊技术的基本原理，搅拌摩擦焊价格，由英国焊接研究所（TWI）于1991年发明的一种新型固相连接技术。与常规摩擦焊相比，其不受轴类零件的限制，可进行板材的对接、搭接、角接及全位置焊接。与传统的熔化焊方法相比，搅拌摩擦焊接头不会产生与熔化有关的如裂纹、气孔及合金元素的烧损等焊接缺陷；焊接过程中不需要填充材料和保护气体，使得以往通过传统熔焊方法无法实现焊接的材料通过搅拌摩擦焊技术得以实现连接；焊接前无须进行复杂的预处理，焊接后残余应力和变形小；焊接时无弧光辐射、和飞溅，噪音低；因而，搅拌摩擦焊是一种经济、高效、高质量的“绿色”焊接技术，被誉为“继激光焊后又一次革命性的焊接技术”。

搅拌摩擦焊方法与常规摩擦焊一样，搅拌摩擦焊也是利用摩擦热作为焊接热源。不同之处在于搅拌摩擦焊焊接过程是由一个圆柱体形状的焊头(伸入工件的接缝处，通过焊头的高速旋转，使其与焊接工件材料摩擦，从而使连接部位的材料温度升高软化同时对材料进行搅拌摩擦来完成焊接的。

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搅拌摩擦焊的应用

1.在航天领域，搅拌摩擦焊已经成功应用在火箭和航天飞机助推燃料筒体的纵向对接焊缝和环向搭接接头的焊接，如图2-33所示。用ESAB公司生产的称为SuperStir的搅拌摩擦焊机焊接了直径2.4m、板厚22.2mm、型号为2014-T6铝合金δ筒的纵缝，与MIG焊相比，搅拌摩擦焊缺陷率很低，MIG焊焊缝长832cm出现一个缺陷，而搅拌摩擦焊焊缝长7620cm出现一个缺陷，相当MIG焊的1/10。最近在δⅣ火箭中搅拌摩擦焊焊接的1200m长焊缝中无任何缺陷出现。

2.在电子工业方面，搅拌摩擦焊已用于大型铝合金散热片的焊接，大型宽幅铝合金散热片是高速列车、城轨等轨道车辆的重要部件。

铜的熔点和热传导率比铝高，搅拌摩擦焊，铜及铜合金采用一般熔焊方法也是极困难的。在欧洲用搅拌摩擦焊制作了大型铜容器，用来储藏高能性物质，将盖和筒体焊接在一起，熔深为58mm，搅拌头的肩部直径为60mm，接头附近的温度高达750℃。与非真空电子束焊相比，非真空电子束焊的焊速为254mm/min，而搅拌摩擦焊为100.4mm/min，焊速较慢，但没增加热输入，所以能满足要求。

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搅拌摩擦焊参数的选择

搅拌摩擦焊接是一个复杂的过程，在搅拌头确定的前提下，搅拌摩擦焊的工艺参数是搅拌头的旋转速度R、焊接速度v和轴肩的下压量。搅拌摩擦焊焊接接头的成型特点及性能和搅拌摩擦焊过程中单位长度焊缝吸收的能量有密切的关系，而单位长度焊缝吸收的能量同旋转速度与焊接速度的比值R/v有关，R/v值越大，表明搅拌头在单位长度的焊缝上旋转的次数越多，则输入材料内的热量越多，焊区的温度越高。反之，R/v值越小，则焊区的温度越低。

搅拌摩擦焊工艺试验过程中，在焊接压力及焊接速度不变的情况下(焊接速度为40mm/min，下压量为0.17mm)，搅拌头旋转速度较低时，摩擦产热功率小，焊接区金属不能达到热塑性状态，不足以形成热塑性流动层，使得搅拌摩擦焊过程类似于金属的铣削加工，从而在焊缝表面产生沟槽。图1a为搅拌头转速为1000r/min时在焊缝表面产生沟槽。由于热输入不够，焊缝区金属不能完全塑化，塑性流动不够，使得部分镁合金粘附在搅拌头上，不能形成闭合的焊缝。此时由于搅拌头的探针上粘附了镁合金，其起搅拌作用的部分尺寸有所增加，使得焊缝背面出现焊透的现象(图1b);当搅拌头转速提高为1100r/min时，焊接区内摩擦产热量增加，在接近试样表面的搅拌焊针周围，首先形成热塑性流动层，但在焊缝的内部，由于热塑性层的温度相对较低，还无法完成流动、填充、挤压、扩散过程，焊缝表面的沟槽虽然消失，但如果沿焊缝的横截面将其切开，则焊缝内部可能有孔洞甚至出现隧道型缺陷，不能形成良好的固相连接;如果搅拌头旋转速度继续增加到1200r/min，由于热输入的增加，热塑性层逐渐扩大和流动，使得焊缝中的孔洞和隧道消失，铝合金搅拌摩擦焊，形成致密的焊缝(图1)。当搅拌头转速超过1500r/min时，由于旋转速度过高造成热输入过大而导致焊缝金属过热，甚至局部产生熔化现象。

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