鋁是地殼中含量最多的金屬元素，也是產(chǎn)量最大的有色金屬[1]。鋁的密度低(2.7g/cm3),約為鋼(7.83g/cm3)的1/3。經(jīng)過熱處理強(qiáng)化后，鋁及鋁合金的比強(qiáng)度接近超高強(qiáng)度鋼，可用于制造輕質(zhì)復(fù)雜結(jié)構(gòu)部件[2]。鋁合金具有低密度、高比強(qiáng)度、良好的焊接性和耐蝕性，且成本低、可回收，在汽車制造、軌道交通、船舶工程和航空航天等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用[3-4]。傳統(tǒng)的鋁合金焊接工藝主要包括激光焊(laser beam welding,LBW)、激光電弧復(fù)合焊(laser-arc hybrid welding,LAHW)、鎢極氬弧焊(tungsten inert gas welding,TIG)以及熔化極氣體保護(hù)焊(metal inert gas welding,MIG)等多種方法。這些方法均屬于熔化焊，而鋁合金導(dǎo)熱系數(shù)高、熱膨脹系數(shù)大、凝固溫度范圍寬、易生成氧化物，導(dǎo)致其焊接質(zhì)量不穩(wěn)定[5]，常出現(xiàn)氣孔、夾雜物以及熱裂紋等缺陷，降低了接頭性能[6]。作為一種新型固相連接工藝，攪拌摩擦焊(friction stir welding,FSW)可以有效解決熔焊過程中產(chǎn)生的問題[7]，使焊接過程中材料不熔化，無氣孔、無熱裂紋、變形和殘余應(yīng)力小，接頭力學(xué)性能優(yōu)異，特別適合于鋁合金、鎂合金等低熔點(diǎn)合金的焊接，成為焊接領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。基于此，本文對(duì)鋁合金攪拌摩擦焊的研究現(xiàn)狀進(jìn)行了全面總結(jié)，并從攪拌摩擦焊的原理、顯微組織特征、工藝參數(shù)對(duì)性能的影響以及各類新型攪拌摩擦焊工藝等方面展開分析，結(jié)合該技術(shù)面臨的問題與挑戰(zhàn)，展望了鋁合金攪拌摩擦焊未來的研究方向，以期為相關(guān)研究提供參考。

1、攪拌摩擦焊的基本原理

攪拌摩擦焊是1991年由英國(guó)人提出的一種固相連接方法[8]。

攪拌摩擦焊是將一個(gè)高速旋轉(zhuǎn)的攪拌針插入待焊接材料的接觸面，通過軸肩帶動(dòng)攪拌針旋轉(zhuǎn)來攪拌混合接觸面金屬，使其相互固態(tài)融合以達(dá)到焊接的目的。軸肩需要有一定的壓下量，保證攪拌區(qū)的金屬始終處于三向壓應(yīng)力狀態(tài)。攪拌針的長(zhǎng)度應(yīng)略小于母材厚度。攪拌針和軸肩組成攪拌頭，以一定速度沿焊接方向水平移動(dòng)，利用旋轉(zhuǎn)的攪拌針和軸肩與工件之間的摩擦實(shí)現(xiàn)局部加熱，使攪拌頭周圍的材料發(fā)生軟化。隨著攪拌頭的旋轉(zhuǎn)和平移，軟化材料混合，發(fā)生動(dòng)態(tài)再結(jié)晶，形成焊核區(qū)，與其鄰近的金屬依次形成熱機(jī)影響區(qū)和熱影響區(qū)，然后隨溫度逐漸降低形成焊縫。攪拌摩擦焊的焊接溫度通常高于再結(jié)晶溫度，低于母材熔化溫度。在攪拌摩擦焊中，攪拌頭的轉(zhuǎn)動(dòng)方向與攪拌頭移動(dòng)方向相同側(cè)定義為前進(jìn)側(cè)(advancing side,AS),相反側(cè)定義為后退側(cè)(retreating side,RS)[9]。

2、鋁合金攪拌摩擦焊接頭顯微組織特征

受到熱循環(huán)和熱變形的雙重作用，攪拌摩擦焊接頭微觀結(jié)構(gòu)演變與熔化焊存在明顯差異。鋁合金攪拌摩擦焊接頭組織可以分為4個(gè)區(qū)域:母材區(qū)(base materials,BM)、熱影響區(qū)(heat affected zone,HAZ)、熱機(jī)影響區(qū)(thermal-mechanical affected zone,TMAZ)和攪拌區(qū)(stir zone,SZ)/焊核區(qū)(weld nugget zone,WNZ)。

不同區(qū)域的微觀結(jié)構(gòu)(包括晶粒形態(tài)尺寸、位錯(cuò)密度和第二相的大小分布等)不同,對(duì)焊接接頭性能有顯著影響。研究表明[11-14]:受熱力耦合作用,攪拌區(qū)發(fā)生動(dòng)態(tài)再結(jié)晶，形成了細(xì)小均勻的等軸晶。熱機(jī)影響區(qū)也受到高溫和塑性變形的影響，由于熱量和變形應(yīng)變不足,發(fā)生動(dòng)態(tài)回復(fù)和部分動(dòng)態(tài)再結(jié)晶,晶粒細(xì)長(zhǎng)。熱影響區(qū)僅受到焊接過程中熱循環(huán)的影響，晶粒粗化，接頭性能惡化。

3、鋁合金攪拌摩擦焊工藝參數(shù)對(duì)組織性能的影響

3.1 攪拌頭形狀及尺寸

攪拌頭包括攪拌針和軸肩，其形狀和尺寸會(huì)改變攪拌摩擦焊過程中的局部熱輸入、材料流動(dòng)行為以及微觀組織結(jié)構(gòu)演變，從而影響接頭性能[15-17]。

攪拌針形狀直接影響焊接過程中的材料流動(dòng)和塑性變形，進(jìn)而影響焊接接頭的強(qiáng)度和硬度，以及缺陷的形成。常用的攪拌針形狀包括螺紋圓柱形、螺紋圓錐形、圓柱形、圓錐形、三角形、方形、五邊形、六邊形等，如圖3所示。采用不同攪拌針形狀所得接頭，其顯微組織及焊縫質(zhì)量不同。

研究表明，使用方形攪拌針可以最大化地增加攪拌量，使焊接接頭的組織更均勻、晶粒更細(xì)、缺陷更少，顯著改善攪拌摩擦焊接頭的綜合力學(xué)性能。Gadakh等[18]通過建模和顯微組織分析，研究了三角形、正方形、五邊形和六邊形等不同攪拌針對(duì)AA2014-T6鋁合金攪拌摩擦焊接頭的影響。結(jié)果表明，與三角形攪拌針比，方形攪拌針在焊接過程中溫度梯度更小,焊接接頭晶粒尺寸最小。Kesharwani等[19]采用正方形和正六邊形攪拌針對(duì)AA7075-T6板材進(jìn)行焊接。結(jié)果表明，使用方形攪拌針可以增強(qiáng)焊接過程中的材料流動(dòng)，細(xì)化晶粒，具有更高的強(qiáng)度、硬度和伸長(zhǎng)率。此外使用正方形攪拌針焊接接頭的伸長(zhǎng)率、硬度、屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度均高于使用正六邊形攪拌針的焊接接頭。Yadav等[20]使用不同形狀(即平面圓柱形、螺紋圓柱形、圓臺(tái)形和方形)的高速鋼攪拌頭對(duì)AA6082-T6管分別進(jìn)行了單道次和兩道次焊接。結(jié)果表明，方形攪拌針焊接的樣品缺陷面積減小，展現(xiàn)出優(yōu)異的抗拉強(qiáng)度和焊接效率。

攪拌針的尺寸也會(huì)影響焊縫質(zhì)量。攪拌針尺寸偏小，焊接過程中所需熱量和塑性變形程度不足，阻礙接頭組織發(fā)生動(dòng)態(tài)再結(jié)晶,焊接接頭質(zhì)量下降;攪拌針尺寸偏大，焊接過程中熱輸入大，容易造成強(qiáng)化相回熔以及晶粒粗化長(zhǎng)大，接頭的強(qiáng)度和硬度降低，甚至?xí)斐山宇^軟化。

除了攪拌針以外，軸肩的尺寸也會(huì)影響焊接接頭組織分布。軸肩直徑越大，熱影響區(qū)越寬。該參數(shù)還會(huì)對(duì)接頭的強(qiáng)度、伸長(zhǎng)率和表面缺陷產(chǎn)生作用,正確選擇軸肩直徑可以改善接頭力學(xué)性能。Fuse[21]研究了不同軸肩直徑(Φ20、Φ22、Φ24mm)雙軸肩攪拌摩擦焊(bobbin tool friction stir welding,BTFSW)工藝參數(shù)對(duì)6mm厚6061-T6鋁合金焊接接頭的組織性能影響，隨著軸肩直徑的增加，抗拉強(qiáng)度和伸長(zhǎng)率增大,接頭缺陷逐漸減少。

Kumar[22]研究了攪拌頭的軸肩直徑、偏移量和傾斜角等參數(shù)對(duì)5083-H111和6082-T6鋁合金異種攪拌摩擦焊拉伸性能的影響。結(jié)果表明，軸肩直徑過小時(shí)，軸肩與構(gòu)件的接觸面積偏小，加工過程中產(chǎn)生的熱量不足,無法發(fā)生動(dòng)態(tài)再結(jié)晶;同時(shí)還會(huì)影響材料流動(dòng)速率和塑性變形，最終降低了接頭的拉伸性能。當(dāng)軸肩直徑較大時(shí)，軸肩和金屬表面之間接觸面積大，產(chǎn)生較高的摩擦熱，促進(jìn)晶粒長(zhǎng)大，導(dǎo)致拉伸性能降低。

3.2 轉(zhuǎn)速

攪拌頭轉(zhuǎn)速是攪拌摩擦焊的另一重要參數(shù)，該參數(shù)通過影響焊接過程中的熱輸入和塑性變形狀態(tài)，進(jìn)而影響鋁合金的接頭質(zhì)量。

攪拌頭轉(zhuǎn)速影響攪拌區(qū)的大小。隨著攪拌頭轉(zhuǎn)速的增加，攪拌區(qū)的尺寸增大。同時(shí)，該參數(shù)還會(huì)影響焊接接頭的抗拉強(qiáng)度、伸長(zhǎng)率、顯微硬度和晶粒尺寸。Kosturek等[23]設(shè)定攪拌頭轉(zhuǎn)速為200、400、600和800r/min,移動(dòng)速度為100mm/min,對(duì)5mm厚的AA2519-T62合金攪拌摩擦焊接接頭進(jìn)行了宏觀和微觀結(jié)構(gòu)觀察以及顯微硬度、拉伸和疲勞測(cè)試。結(jié)果表明，隨著轉(zhuǎn)速的增加，攪拌區(qū)尺寸和顯微硬度增加，焊縫的屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度有增加的趨勢(shì)。Prabha等[24]研究了轉(zhuǎn)速(900、1120、1400、1800r/min)對(duì)4mm厚的AA5083鋁合金板材攪拌摩擦焊力學(xué)性能和微觀組織的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:由于攪拌頭轉(zhuǎn)速增加，產(chǎn)生粗大的晶粒組織，抗拉強(qiáng)度降低。在低轉(zhuǎn)速(1120r/min)下焊接的試樣具有最大的抗拉強(qiáng)度，伸長(zhǎng)率較高。Nishant等[25]研究了水下攪拌摩擦焊(underwater friction stir welding,UFSW)中攪拌頭轉(zhuǎn)速對(duì)6061-T6和5083-H12鋁合金焊接接頭力學(xué)性能的影響。研究顯示，隨著攪拌頭轉(zhuǎn)速的增大，攪拌區(qū)和熱機(jī)影響區(qū)的形狀和尺寸增大，攪拌區(qū)的平均晶粒尺寸先減少再增大，焊接接頭的抗拉強(qiáng)度先增大再減小。斷裂形式由脆性斷裂變?yōu)樗苄詳嗔眩?10r/min時(shí)，接頭表現(xiàn)為脆性斷裂;而1120、1400、1800r/min時(shí)，接頭具有不同形狀的韌窩，表現(xiàn)為塑性斷裂。

提高轉(zhuǎn)速可以增加攪拌頭和工件之間的摩擦,為焊接提供足夠的熱量。隨著板材厚度的增加，焊接過程需要更多熱量，應(yīng)該提高攪拌頭轉(zhuǎn)速。但攪拌頭轉(zhuǎn)速過高，可能會(huì)導(dǎo)致工件過熱或形成大量缺陷，因此,焊接過程中應(yīng)選擇合適的轉(zhuǎn)速,確保足夠熱量的同時(shí)保證焊接質(zhì)量。

3.3 移動(dòng)速度

移動(dòng)速度是指攪拌摩擦焊焊接過程中攪拌頭沿焊接方向移動(dòng)的速率。與攪拌頭轉(zhuǎn)速類似，該參數(shù)同樣會(huì)影響焊接過程中的熱量傳遞，增大移動(dòng)速度會(huì)減小焊接區(qū)域的摩擦熱。此外，移動(dòng)速度對(duì)接頭的晶粒尺寸、動(dòng)態(tài)再結(jié)晶程度和焊接效率產(chǎn)生顯著影響。

隨著移動(dòng)速度的提高，攪拌摩擦焊接接頭的晶粒尺寸減小。Rajkumar等[26]以固定的轉(zhuǎn)速，采用不同的移動(dòng)速度(30、50和60mm/min)對(duì)AA6061合金進(jìn)行攪拌摩擦焊。結(jié)果表明:通過提高移動(dòng)速度，焊接接頭的晶粒尺寸減小。Kim等[27]分析了AA7075-T6合金在攪拌摩擦焊移動(dòng)速度為150~350mm/min時(shí)微觀組織。研究顯示，在較高的移動(dòng)速度下，焊接接頭發(fā)生連續(xù)動(dòng)態(tài)再結(jié)晶，受到熱力耦合作用，形成細(xì)小均勻的等軸晶。Rinu等[28]研究了移動(dòng)速度(80、112mm/min)對(duì)6061-T6和7050-T7451鋁合金攪拌摩擦焊接接頭的材料流動(dòng)、組織及性能的影響。研究表明,在低焊接速度下,熱輸入大,攪拌區(qū)晶粒長(zhǎng)大時(shí)間長(zhǎng)，焊核區(qū)晶粒尺寸隨著攪拌頭移動(dòng)速度的提高顯著減小，通過細(xì)晶強(qiáng)化來改善接頭的抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度。Anandan[29]將轉(zhuǎn)速設(shè)定為1000r/min,傾斜角為2°,研究了不同移動(dòng)速度(25、45、65、85mm/min)對(duì)AA7050-T7651和AA2014A-T6焊接接頭組織和性能的影響。結(jié)果表明，當(dāng)攪拌頭移動(dòng)速度增加時(shí)，接頭組織的晶粒尺寸減小，強(qiáng)度增加，在65mm/min時(shí)，抗拉強(qiáng)度達(dá)到最大。Song等[30]研究了攪拌摩擦焊移動(dòng)速度(100、150、200、250mm/min)對(duì)異種鋁合金焊接組織及性能的影響。結(jié)果表明，隨著移動(dòng)速度的增加，攪拌區(qū)平均晶粒尺寸減小。在較高的移動(dòng)速度下，熱循環(huán)溫度降低，抑制了由殘余熱量引起的焊后晶粒粗化;同時(shí)，劇烈的塑性變形導(dǎo)致位錯(cuò)密度顯著升高，促使接頭組織發(fā)生動(dòng)態(tài)再結(jié)晶。二者的綜合作用抑制了再結(jié)晶后的晶粒粗化,并有助于強(qiáng)度的提高。但移動(dòng)速度過高，焊縫形成缺陷，接頭強(qiáng)度降低。隨著攪拌頭移動(dòng)速度的增加，攪拌摩擦焊接接頭的抗拉強(qiáng)度先增大后減小。

4、鋁合金的其他攪拌摩擦焊工藝

攪拌摩擦焊在鋁及鋁合金焊接領(lǐng)域展現(xiàn)出顯著優(yōu)勢(shì)，但在實(shí)際應(yīng)用和機(jī)理研究中仍具有一定挑戰(zhàn)。傳統(tǒng)攪拌摩擦焊容易出現(xiàn)以下問題:①在異種合金焊接時(shí)易形成中間相，使接頭性能惡化;②材料流動(dòng)和熱輸入不足，焊縫底部易出現(xiàn)根部未焊透;③焊接過程中受到材料流動(dòng)和塑性變形的影響，導(dǎo)致熱影響區(qū)擴(kuò)大，晶粒長(zhǎng)大，影響接頭強(qiáng)度。對(duì)此，國(guó)內(nèi)外學(xué)者在鋁合金攪拌摩擦焊工藝優(yōu)化方面進(jìn)行了大量研究，以提高焊接接頭的力學(xué)性能，擴(kuò)大攪拌摩擦焊的應(yīng)用場(chǎng)景。

4.1 水下攪拌摩擦焊

為了拓展鋁合金攪拌摩擦焊的應(yīng)用范圍，發(fā)展出UFSW。作為一種新型的固相焊接工藝，水下攪拌摩擦焊突破了傳統(tǒng)焊接技術(shù)在深水環(huán)境下存在的諸多限制，成為水下焊接的一種利器，被應(yīng)用于船舶、海洋工程、深海資源開發(fā)等領(lǐng)域的水下制造與修復(fù)，在一些特殊情況下也應(yīng)用于航空航天領(lǐng)域。該工藝在焊接過程中，水不僅沒有使焊接接頭質(zhì)量惡化，反而起到有益的作用，不僅隔絕了空氣，減少了氧化，而且提高了工件的冷卻速度，細(xì)化了晶粒，從而提高了焊接接頭的質(zhì)量。

Dong等[31]采用EBSD研究了AA7003-T4和AA6060-T4水下攪拌摩擦焊接頭組織變化規(guī)律。研究發(fā)現(xiàn)，在焊核區(qū)，形成了細(xì)小的等軸晶組織。由于冷卻速度的提高，水下攪拌摩擦焊平均晶粒尺寸遠(yuǎn)小于普通攪拌摩擦焊。Datta等[32]使用傳統(tǒng)的FSW和UFSW對(duì)1mm厚的AA5052鋁合金進(jìn)行焊接。結(jié)果表明，與傳統(tǒng)攪拌摩擦焊焊接工藝相比，水下攪拌摩擦焊焊接接頭的抗拉強(qiáng)度提高了20%，伸長(zhǎng)率提高了22.4%。Nishant等研究了攪拌頭轉(zhuǎn)速對(duì)6061-T6鋁合金水下攪拌摩擦焊焊縫力學(xué)性能的影響。結(jié)果表明，隨著轉(zhuǎn)速的增加，平均晶粒尺寸減小，抗拉強(qiáng)度和硬度增加;當(dāng)轉(zhuǎn)速進(jìn)一步增大，晶粒尺寸增大，抗拉強(qiáng)度和硬度減小。結(jié)果還表明，與傳統(tǒng)的攪拌摩擦焊工藝相比，水下攪拌摩擦焊接頭抗拉強(qiáng)度增大了20%，晶粒更小。

4.2 攪拌摩擦點(diǎn)焊

攪拌摩擦點(diǎn)焊(friction stir spot welding,FSSW)是一種固態(tài)焊接工藝，它利用高速旋轉(zhuǎn)的攪拌針與焊接材料接觸所產(chǎn)生的摩擦熱，使焊接材料快速軟化并攪拌連接，最終形成具有低長(zhǎng)寬比的焊接接頭，可作為傳統(tǒng)鉚接與電阻點(diǎn)焊的潛在替代技術(shù)。攪拌摩擦點(diǎn)焊主要有直插式、填充式、回填式、擺動(dòng)式及無針插入式等5種不同形式。

Lewise等[34]研究了材料流動(dòng)對(duì)AA2024/AA7075異種攪拌摩擦點(diǎn)焊過程中力學(xué)性能和微觀組織的影響。結(jié)果表明，焊接過程中的材料流動(dòng)導(dǎo)致元素重新分布，改善了組織均勻性，晶粒細(xì)化，接頭的屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度提高。Feizollahi等[35]研究了攪拌摩擦點(diǎn)焊中攪拌針直徑對(duì)6061-T6和5052-T32異種接頭組織性能的影響。研究發(fā)現(xiàn)，隨著攪拌針直徑的增加，熱影響區(qū)的晶粒尺寸增大，顯微硬度降低。使用無針攪拌頭可以增大攪拌區(qū)的顯微硬度，并使顯微硬度變化均勻。Becker等[36]研究了填充式攪拌摩擦點(diǎn)焊工藝參數(shù)對(duì)焊接接頭殘余應(yīng)力分布的影響。研究表明，殘余應(yīng)力基本沒有發(fā)生變化，受殘余應(yīng)力影響的區(qū)域隨著溫度的升高而增大。

4.3 超聲波攪拌摩擦焊

在攪拌摩擦焊過程中施加超聲振動(dòng)，可以促進(jìn)攪拌區(qū)金屬流動(dòng)且不產(chǎn)生明顯溫度變化。這種焊接工藝稱之為超聲波攪拌摩擦焊。這種焊接工藝在消除焊接缺陷、提高接頭力學(xué)性能方面具有顯著效果。

El-zathry等[37]比較了常規(guī)攪拌摩擦焊和超聲波攪拌摩擦焊制備的AA2060-T8接頭的微觀結(jié)構(gòu)和力學(xué)性能。結(jié)果表明，超聲波攪拌摩擦焊顯著改善了材料流動(dòng)，使析出相在基體中分布更加彌散、均勻。此外，超聲波攪拌摩擦焊的抗拉強(qiáng)度約為常規(guī)攪拌摩擦焊的3倍。Zhang等[38]采用常規(guī)攪拌摩擦焊和超聲波攪拌摩擦焊開展了6mm厚的7N01-T4鋁合金板焊接，并對(duì)這兩種焊接工藝下的焊縫成形特性和材料流動(dòng)狀態(tài)進(jìn)行了研究。研究發(fā)現(xiàn)，超聲振動(dòng)可以顯著提高無缺陷焊接接頭的焊接速度，改善接頭的表面質(zhì)量，降低軸向力。在1200r/min的轉(zhuǎn)速下，超聲波攪拌摩擦焊可以制備出無缺陷的焊接接頭，焊接速度比常規(guī)攪拌摩擦焊高50%，伸長(zhǎng)率高8.8%。Chowdhury等[39]采用常規(guī)攪拌摩擦焊和超聲波攪拌摩擦焊分別對(duì)Al6026試樣進(jìn)行焊接,研究了不同工藝條件下攪拌頭磨損程度。研究表明，采用超聲波攪拌摩擦焊焊接Al6026試樣時(shí)，攪拌頭磨損率降低了25%,攪拌頭的服役時(shí)間得到了有效提升。

5、鋁合金攪拌摩擦焊的問題與挑戰(zhàn)

首先是焊接材料形狀及尺寸的局限性問題。由于攪拌摩擦焊是通過摩擦產(chǎn)熱進(jìn)行焊接，熱輸入有限,而且多數(shù)情況下單側(cè)加熱(摩擦面加熱),適用于薄板工件的焊接。對(duì)于尺寸較大的工件,如鋁合金船體外殼厚板,由于焊接過程中溫度分布不均勻,焊縫不同區(qū)域的組織性能差異較大，使得攪拌摩擦焊很難在大尺寸的厚板焊接中獲得廣泛應(yīng)用。因此,如何改善攪拌摩擦焊的溫度分布成為其面臨的一種挑戰(zhàn)。

其次是設(shè)備復(fù)雜、移動(dòng)性差，使用成本高等問題。相比TIG和MIG僅需焊槍和焊絲而言，攪拌摩擦焊需要較為復(fù)雜的設(shè)備:數(shù)控機(jī)床、夾持端、剛性墊板、各種攪拌頭等，不僅使其移動(dòng)性差，限制了其應(yīng)用場(chǎng)景,而且設(shè)備初始投入較高,對(duì)于小批量的焊接工件其單件焊接成本較高。此外，攪拌頭容易磨損,使其具有較高的運(yùn)行成本。如何簡(jiǎn)化攪拌摩擦焊的設(shè)備，使其小型化、可移動(dòng)化，以及提高攪拌頭的使用壽命成為其面臨的又一挑戰(zhàn)。

再次就是工藝參數(shù)優(yōu)選的問題。攪拌頭的形狀、尺寸、轉(zhuǎn)速、移動(dòng)速度以及軸向力等，均會(huì)影響接頭的材料流動(dòng)、溫度分布和力學(xué)性能[40-44]。這些工藝參數(shù)相互關(guān)聯(lián)，在焊接過程中對(duì)接頭的組織性能產(chǎn)生復(fù)雜影響，需要通過大量實(shí)驗(yàn)得到合適的工藝參數(shù)。因此，如何通過簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)或計(jì)算快速得到最佳的焊接工藝參數(shù)也是其面臨的挑戰(zhàn)之一。

表1 攪拌摩擦焊、熔化極氣體保護(hù)焊、鎢極氬弧焊三種不同焊接方法的比較

6、結(jié)語(yǔ)與展望

鋁及鋁合金焊接結(jié)構(gòu)已成為軍工與民用結(jié)構(gòu)制造領(lǐng)域中不可或缺的組成部分，隨著工業(yè)化的發(fā)展，新型鋁及鋁合金的焊接材料和焊接工藝將變得越來越重要。攪拌摩擦焊接頭力學(xué)性能優(yōu)異,焊接過程中氣孔及熱裂紋等缺陷少，無需填充材料和保護(hù)氣氛，熱變形和殘余應(yīng)力小，在鋁及鋁合金焊接領(lǐng)域展現(xiàn)出顯著優(yōu)勢(shì)，成為一種具有巨大應(yīng)用潛力的鋁合金焊接技術(shù)，特別是對(duì)一些含有易揮發(fā)金屬元素的鋁合金(如高鎂鋁合金)焊接，提供了新途徑。基于鋁合金攪拌摩擦焊焊接工藝的研究現(xiàn)狀，對(duì)未來研究方向展望如下:

(1)攪拌摩擦焊工藝參數(shù)會(huì)影響焊接過程中的材料流動(dòng)和溫度分布，從而影響接頭的組織性能。后續(xù)可深入研究材料流動(dòng)和溫度分布的規(guī)律，明確工藝參數(shù)與兩者的關(guān)系，建立數(shù)值模型，以優(yōu)選出最佳的焊接工藝參數(shù)。

(2)攪拌摩擦焊的未來研究方向應(yīng)聚焦于成本控制和規(guī)模化生產(chǎn)。通過實(shí)現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)，降低單位生產(chǎn)成本，以推動(dòng)攪拌摩擦焊從高端制造向低端制造轉(zhuǎn)變。

(3)發(fā)展無支撐攪拌摩擦焊,簡(jiǎn)化焊接設(shè)備,使其小型化、可移動(dòng)化,擴(kuò)大攪拌摩擦焊的應(yīng)用場(chǎng)景,進(jìn)一步拓展攪拌摩擦焊應(yīng)用范圍。

(4)發(fā)展輔加外場(chǎng)(機(jī)械能輔助和熱能輔助)的焊接工藝研究，進(jìn)一步提高焊接接頭質(zhì)量。

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（注，原文標(biāo)題：鋁合金攪拌摩擦焊工藝研究現(xiàn)狀_商夢(mèng)瑤）

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