同时，搅拌摩擦焊也有如下的缺点： (1)焊接工件必须刚性固定，反面应有底板。 (2)焊接结束搅拌探头提出工件时，焊缝端头形成一个匙孔，并且难以对焊缝进

行修补。

(3)工具设计、过程参数和机械性能数据只在有限的合金范围内可得。 (4)搅拌头的磨损消耗太快。 (5)某些特定场合的应用还需进一步开发。

1。2。3 搅拌摩擦焊原理

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 1-3 所示。

图 1-3 FSW 过程的不同阶段

图 1-4 搅拌头各部分尺寸 图 1-5 轴肩微单元环产热

1。2。4 FSW 的产热分析

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[21]。搅拌头各部 分的尺寸标记如图 1-4 所示。

(1)轴肩产热功率

如图 1-5 所示，取微元 dr,则宽度为 dr 的微圆环所受摩擦力为：

(2)搅拌针产热功率

如图 1-6 所示， dA 2rds ，而 ds 

1。2。5 FSW 的焊接缺陷

图 1-6 圆台体搅拌针产热分析

在采用搅拌摩擦焊焊机进行焊接时，可能会产生孔洞、沟槽、未焊透、以及飞边 等焊接缺陷[22]。产生这些缺陷的主要原因为：在焊接的过程当中，焊接接头的不同部 位所经受的加热机理过程不同。

(1)孔洞 焊缝孔洞形成主要是因为焊接过程中热输入不足，使得材料无法获得较好的塑性

流动能力，从而导致焊缝内部不能完全密合[23]。此外，搅拌头类型(是否带有螺纹)、 焊件间是否存在间隙等因素也与孔洞的形成息息相关。孔洞通常出现在端头接触侧的 中偏下部位及焊缝表面周围[24]。

(2)沟槽 沟槽是由于搅拌头在焊接材料表面机械搅拌之后没有形成连接而产生的，该缺陷

常常存在于前进侧的焊缝表面[25]。这主要是因为下压量不足，热输入严重减少，从而 使得材料的流动性大大降低。因此，孔洞范围进一步扩大，最后贯穿焊缝上表面形成 沟槽。

(3)未焊透 未焊透是搅拌摩擦焊的焊缝背面最为常见的缺陷，是由于焊接过程中在焊缝的底

部范围内没有连接在一起或者没有完全连接在一起而产生的[26]。造成未焊透的原因有 两点，即：搅拌针的长度过短或是下压量不足[27]。

(4)飞边 飞边在搅拌摩擦焊中是一种较为常见的焊接缺陷，主要形成于焊缝表面。 其产

生原因主要是焊接参数选择不当(尤其是下压量过大)，下压量过大时，材料的热塑性 流动增强，使部分材料被搅拌头挤压出去，冷却后在焊缝两边形成翻卷状金属，即飞 边[28]。

1。3 铝锂合金概述

1。3。1 铝锂合金的国内外研究现状

1。3。2 铝锂合金的特点

第三代铝锂合金的 Li 含量较低，而铜含量则相对较高，为获得最佳的性能配合 还添加了少量的 Mg，Mn，Zn，Ag，Sc 等微量元素[34]。第三代铝锂合金的主要性能 特点有：密度低、抗疲劳性能，耐损伤性能优良、各向异性不明显、较好的韧性，强 度平衡、热稳定性好、耐腐蚀性能高[35]、已加工成型、性价比高。此外，铝锂合金的 热处理方式主要有：固溶热处理和时效热处理两种。文献综述