搅拌摩擦焊（Friction Stir Welding，FSW）作为一种固相连接技术，在1991年由英国焊接研究所（The Welding Institute, TWI）发明。与传统熔化焊相比，FSW无需添加焊丝、不需要保护气体，焊接过程无污染、无烟尘、无辐射，焊接接头残余应力低，因此具有焊接效率高、焊接变形小、能耗低、设备简单、焊接过程安全等一系列优点。经过20多年的发展，FSW已经在航空航天、轨道交通、舰船等领域得到了广泛应用。

搅拌摩擦焊的原理如图1所示。高速旋转的搅拌头扎入被焊工件内，旋转的搅拌针与被焊材料发生摩擦并使其发生塑化，轴肩与工件表面摩擦生热并用于防止塑性状态的材料溢出。在焊接过程中，工件要刚性固定在背部垫板上，搅拌头边高速旋转边沿工件的接缝与工件相对移动，在搅拌头锻压力的作用下形成焊缝，最终实现被焊工件的冶金结合。

搅拌摩擦焊广泛适用于各类材料，目前已成功实现了铝、镁等低熔点金属及合金、铜合金、钛合金、钢铁材料、金属基复合材料以及异种金属（铝/铜、铝/镁、铝/钢等）的焊接。

在传统技术的基础上，搅拌摩擦焊有了五大创新发展：双轴肩搅拌摩擦焊、静轴肩搅拌摩擦焊、搅拌摩擦点焊、复合能场搅拌摩擦焊、搅拌摩擦增材制造。

双轴肩搅拌摩擦焊（Bobbin Tool Friction Stir Welding，BT-FSW）与传统FSW相比，其搅拌头为上、下轴肩结构，两个轴肩通过搅拌针连接，下轴肩取代了传统FSW的背部刚性支撑垫板，对工件进行自支撑，实现中空部件的焊接。其焊接原理如图2所示。上、下双轴肩的结构在焊接过程中降低了接头厚度方向的温度梯度，减小了接头组织不均匀性，可实现根部全焊透的焊接。

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图2 双轴肩搅拌摩擦焊接原理

1.上轴肩 2.前进侧 3.熔合线 4.后退侧 

5.工件6.搅拌针 7.下轴肩

静轴肩搅拌摩擦焊（Stational Shoulder Friction Stir Welding,SS-FSW）采用轴肩与搅拌针分体式设计，在焊接过程中内部搅拌针处于旋转状态，而外部轴肩不转动，仅沿焊接方向行进。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，静轴肩搅拌摩擦焊由于内部搅拌针转动而外部轴肩不转动，所以搅拌针在摩擦生热和材料变形中起着重要的作用。

与常规FSW相比，静轴肩搅拌摩擦焊的焊缝成形良好，表面粗糙度能达到母材的水平，并且可以实现角焊缝等非平面结构构件的搅拌摩擦焊接，如图３所示。

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图3 静轴肩角接焊缝

搅拌摩擦点焊与常规FSW原理相似，缺少了搅拌针与被焊工件相对移动产生焊缝的过程，取而代之的是，依靠旋转下压的搅拌头与工件接触摩擦产生热量，经充分搅拌后形成单个焊点。搅拌摩擦点焊可分为两类：传统直插式和回填式。

传统直插式搅拌摩擦点焊包括扎入、旋转、拔出三个过程，焊接完成后在焊点处会留下一个匙孔。其焊接示意如图4所示。

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图4 直插式搅拌摩擦点焊示意

回填式搅拌摩擦点焊采用特殊的焊接工具，包括搅拌针、搅拌套、压紧环。通过精确控制搅拌头各部件的相对运动，在搅拌针回撤的同时填充搅拌头在焊接过程中形成的匙孔缺陷。其焊接过程包括搅拌套扎入、搅拌针拔出、搅拌套拔出及搅拌针回填，最终得到表面平整的焊点。复合能场搅拌摩擦焊是指在焊接过程中施加额外的能量场（感应加热、激光、电弧、超声等），以达到降低焊接载荷，延长搅拌头寿命，改善焊缝组织，实现高熔点材料焊接等目的。

搅拌摩擦增材制造实质为多层材料的焊合叠加，其增材过程类似于FSW搭接，与搅拌摩擦增材制造搭接不同的是，搅拌摩擦增材制造是材料的多层多次搭接，是一个空间搭接的过程，包括垂直于搭接方向的横向增材和平行于材料厚度方向的增材，搅拌摩擦增材制造过程如图5所示。

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图5 搅拌摩擦增材制造过程