EADS在制造某型号客机的窗框时，通过静止轴肩搅拌摩擦焊焊接机器人获得了成形美观且性能优良的焊接接头,图1-3为焊接过程和疲劳试验过程图。对此应用静止

轴肩搅拌摩擦焊技术得到的窗框结构进行疲劳试验，窗框结构经过140,000次循环加载没有发生破坏。

图1-3使用SSFSW技术焊接的飞机窗框：（a）焊接过程（b）疲劳试验过程

日本的NipponLightMetal公司在制造某密封结构时，由于此结构内部有复杂的角焊缝，使用传统的熔化焊和搅拌摩擦焊从外部进行焊接，无法实现对焊缝的全厚度焊接，最终将静止轴肩搅拌摩擦焊应用于此密封结构的制造中，成功地从结构的内部进行了焊接并得到了高质量的焊缝。

对于航空航天、汽车、列车以及船舶中的焊接结构而言，不但要求其静态力学性能达到所需要求，还要要求其疲劳强度满足安全的需要，因为这些焊接结构的静态力学性能只能保证其静载强度，而在实际应用中，这些结构往往要承受交变载荷，如果焊接结构在交变载荷的作用下发生疲劳破坏，后果将非常严重。在静止轴肩搅拌摩擦焊过程中，焊缝由于受到轴肩的挤压会在其表面产生一定的残余压应力，这些在焊接过程中残留在焊接接头中的残余压应力可以使焊接结构的疲劳强度提高，因此静止轴肩搅拌摩擦焊在在提高焊缝疲劳性能方面具有广阔的前景。除此之外，焊接结构中的裂纹的高速扩展会带来极其严重的后果，而良好的韧性可以使焊接接头中的裂纹扩展延缓，提高焊接结构的安全性能。

1.4材料流动性介绍

在搅拌摩擦焊过程中，塑性金属材料的流动性的影响因素有很多，比如焊接材料、搅拌工具形状、焊接工艺参数等。若能够了解其中材料的流动过程，那么对于提高接头力学性能、改善搅拌工具的设计等将会有很重要的实际意义。

观察焊接接头的宏观形貌是一种常见的研究塑性金属流动性的方法，这种方法被许多学者采用，但是搅拌摩擦焊过程中的塑性金属的流动行为是很复杂的，整个过程都是在封闭空间中进行，无法直接进行观察，因此，很多研究者为了便于焊缝塑态金属流动行为的研究，建立了一些直观的模型。

在搅拌摩擦焊中材料有两种比较典型的运动方式。一种是材料在搅拌针周围的挤出方式：a)前进侧材料受到搅拌针的摩擦搅拌作用而高度变形，然后停留在搅拌针离开留下的空穴中，形成弧状；b)后退侧材料在焊接过程中不会随着搅拌针旋转，而只是受到搅拌针的搅拌摩擦进入后退侧[15]。另一种运动方式是后退侧材料向焊缝上表面转移，停留在轴肩影响区，前进侧材料在搅拌针的作用下向下迁移，最终停留在焊核区[16]。

焊接速度与搅拌针旋转速度比值较低的搅拌摩擦焊接称为热焊，热焊会使材料更多地在板厚方向运动。焊接速度与搅拌针旋转速度比值较高的搅拌摩擦焊接称为冷焊，冷焊会引起较少的沿板厚方向的材料运动[17]。

1.5搅拌摩擦焊缝流场可视化研究

全面了解搅拌摩擦焊接过程中塑性金属流行行为的本质，对于搅拌摩擦焊焊缝成形机理研究至关重要，对理解焊接工艺与焊接接头质量的关系帮助很大，所以，自搅拌摩擦焊接技术发明以来，国内外许多研究者不但对搅拌摩擦焊的接头组织与性能开展研究，而且对焊接过程中塑性金属的流动行为也进行了深入研究，目前搅拌摩擦焊的研究重点就在于对塑性金属流动性的研究。目前对搅拌摩擦焊焊缝金属塑性金属流动行为的研究方法主要有两种：一种是数值模拟，这种方法是通过已知数据建立模型来模拟搅拌摩擦焊过程中的金属流动，但由于数值模拟技术的不成熟和建立模型经验的缺乏，数值模拟的结果与已知的真实情况出入较大；另一种方法是材料流动的可视化，这种方法的思想是通过一系列方法，使焊缝塑性金属的流动行为能够直接或间接的被研究者看到，目前这种方法主要有标识材料示踪法、异种材料金相组织显示法和彩泥模拟法。