图1-3 焊核区和热机影响区微观组织

Fig。1-3  microstructure of the nugget zone and thermal mechanical affected Zone

搅拌摩擦焊中除了微观四个区域，还要区分前进侧和后退侧，区分搅拌头前部和尾部。前进侧（Advancing  Side，AS）是描述搅拌头的转动速度方向和焊接速度方向一致的一侧，后推侧（Retreating  Side，RS）是描述搅拌头的转动速度方向和焊接速度方向相反的一侧，搅拌头前部和尾部是以y轴呈对称分布。

搅拌摩擦焊焊机进行焊接时，控制程序实现以下几步：确定相对位置；确定搅拌头旋转方向（顺时针M03或是逆时针M04），并以一定的转速高速旋转；停留一定时间后，以一定的速度沿直线下压；下压到预设定下压量后，停留一段时间；随后，以一定的前进速度从相对原点沿直线远动到目标终点；稍适停留后，再以一定的速度抽出搅拌针。其过程如图1-4所示。

图1-4 搅拌摩擦焊过程的不同阶段

1。1。2。2搅拌摩擦焊的产热分析

图1-5 搅拌头各部分尺寸和具体标注

FSW的热量来源主要包括：轴肩下表面产热和搅拌针表面产热。搅拌头各部分的尺寸标记如图1-5所示。

      图1-6 轴肩微单元环产热                     图1-7 圆台体搅拌针产热分析

(1)轴肩产热功率

     如图1-6所示，取微元dr,则宽度为dr的微圆环所受摩擦力为：

         轴肩产热为：         (1-2)

(2)搅拌针产热功率

     如图1-7所示，，而，，因此有

1。1。3搅拌摩擦焊的特点

1。1。3。1搅拌摩擦焊的优点

1）焊接的形变程度小，残余应力比较低。铝合金的传统熔化焊接时，焊接变形非常大，很难有较满意的解决方法。为此，当采用成本较高的变极性等离子焊接设备也难达到产品要求，还是会产生焊接裂纹等等其他焊接缺陷。

2） 焊接过程固相连接，接头的性能较好。搅拌摩擦焊属于固相连接的方式，搅拌过程中的温度不会高于待焊金属的熔点，这样就会避免了许多熔化焊不可避免的焊接冶金缺陷。比如，焊缝熔池凝固过程中未来得及逸出的气体会形成气孔、焊缝凝固时由于各种低熔点共晶物产生的热裂纹等等焊接缺陷。

3）综合成本低，生产效率高。虽然搅拌摩擦焊机前期设备会投入些许成本，但是后期的生产成本综合起来时还是比较低的。同时，当投入一定的设备的成本后，简单的操作，较高的生产效率都是搅拌摩擦焊性价比高的保证。还因为搅拌摩擦焊时由搅拌头插入母材旋转移动焊接，根本不需要添加焊丝等等多余的焊接设备和材料。

4) 应用材料广泛， 不受材料的物理性能、化学性能、力学性能的影响。搅拌摩擦焊对七个系列的铝合金都可以进行焊接。[2]   

5) 焊接过程安全绿色无污染。搅拌摩擦焊焊接过程没有飞溅、弧光和烟尘的产生。搅拌摩擦焊因为时机械运作，没有大电流大电压在裸露的空气中生产环境较为健康，对人体有较少的伤害。

同样搅拌摩擦焊也存在一定的缺点，下面阐述它具体表现。

1。1。3。2搅拌摩擦焊的缺点

1)  搅拌摩擦焊需要特殊的夹具，来固定各种形状各种材质的待焊材料。

2） 搅拌头尤其时搅拌针的磨损消耗较大。

3） 搅拌回抽会导致板材上“匙孔”的产生。必要时，需要增加引焊板和退焊板来完善其生产工艺。