本文对1mm厚的3003铝合金的搅拌摩擦焊工艺及其焊缝成形及质量进行研究。由于薄板的产热、材料的流动机制与常规材料的焊接不一样，所以采用超高转速焊接（15000rpm以上），来确定其合理焊接工艺范围，设置合理的搅拌针焊接参数，通过对焊接参数、冷却机制（水冷、气冷等）的控制，来控制薄板的变形，实现薄板的高质量焊接。

1.2搅拌摩擦焊

1.2.1搅拌摩擦焊原理

搅拌摩擦焊是利用搅拌头的搅拌摩擦产热使得材料发生软化产生塑性流动从而实现板材的焊接[2-3]。这种方法对于铝及其合金来说是一种新的提升，它解决了以前摩擦焊只能针对圆形断面材料的焊接局限性问题。搅拌摩擦焊的发明使得许多重工业大国产生了浓厚的兴趣，开始探索研究搅拌摩擦焊。几十年间搅拌摩擦焊已经被广泛应用在各种重工业项目上。

搅拌摩擦焊是利用带有特殊形状的硬质搅拌针的搅拌头旋转着插入被焊材料[4]，与被焊金属摩擦产生热量，搅拌摩擦过程中产生热输入，同时搅拌头又对焊缝金属施以压力，使得接头金属发生软化并产生塑性流动，搅拌针一边旋转一边沿着焊接方向向前移动，在热输入与压力的共同作用下，实现了被焊材料的连接。搅拌摩擦焊的原理如图1-1所示。工件固定在工作台上，搅拌头一边高速旋转一边沿着焊缝向着焊接方向移动，通过搅拌头的高速旋转，与工件摩擦产生热量，使得焊缝金属发生软化并塑性流动，轴肩下压，防止塑性金属溢出来完成焊接。

1.2.2搅拌摩擦焊的特点

由于搅拌摩擦焊是一种固相连接方法[5-6]，所以与其他传统焊接方法相比具有很多的优越性，因为是搅拌针高转速搅拌产生的金属塑性流动，所以不涉及到母材的完全融化，有利于实现高速连接。搅拌摩擦焊适用于全位置焊接，范围广泛。搅拌摩擦焊在焊接过程中没有弧光产生，没有焊丝填充和惰性气体保护，因此不产生烟尘、飞溅以及弧光的红外线和紫外线等对人体有害的辐射等。焊接过程中相对来说比较安全，绿色无污染。焊前不需要进行开坡口加工以及材料表面的特殊处理，所以整个焊接过程是高效和高质的。搅拌摩擦焊的接头不会产生变形或者变形很小，因为可以实现精密铝合金零件的焊接。

但是作为一种新兴的焊接方法，它也具有一些局限性：

（1）焊接角接接头受到限制，接头形式必须要进行特殊设计；

（2）对于不同材料的板材进行焊接时，要设计特定的搅拌头，有利于对搅拌头的保护；

（3）因为在焊接过程中，搅拌头会对工件施以较大的压力。因此工件装夹时，对夹具的要求较高，有时会在焊缝背面加上一块耐磨性好的垫板；

（4）焊接完成后，由于搅拌头的回抽，会在搅拌头离开的部位留下一个匙孔，所以在必要的时候要添加“退出板”；

（5）目前只适合于轻金属及其合金的焊接，设备的广泛应用有待提高。总之，与传统焊接方法相比，它是一种高质量、高效率、低成本、更加环保的连接技术。

1.2.3搅拌摩擦焊的研究现状

1.3高转速搅拌摩擦焊

1.3.1高转速搅拌摩擦焊原理

高转速搅拌摩擦焊[11]是一种针对薄板焊接的技术，在焊接过程中，内部搅拌针处于高速旋转状态，轴肩下压，沿焊接方向行进，如图1-2所示。在常规FSW中，轴肩与被焊接材料之间的摩擦是主要的产热方式。相比之下，高转速搅拌摩擦焊由于内部搅拌针高速转动而外部轴肩不转动，所以搅拌针在摩擦产热和材料变形中起着重要的作用。 3003薄板铝合金高转速搅拌摩擦焊接工艺研究(3):http://www.chuibin.com/cailiao/lunwen_205166.html