搅拌摩擦焊（Friction Stir Welding, FSW）是由英国焊接研究所（The Welding Institute, TWI）于1991 年提出的新型固相连接技术，和传统的熔焊相比，搅拌摩擦焊具有以下优点：（1）接头质量高，不易产生气孔、裂纹等缺陷;（2）焊接成本较低，无需填充材料和保护气体，厚焊接件无需加工坡口;（3）焊接过程安全，无污染、飞溅、烟尘、噪声等，且没有严重的电磁干扰和有害物质产生，是一种环保型连接方法;（4）焊接过程中焊件被刚性固定，且固相焊时加热温度较低，焊件不易变形;（5）便于机械化、自动化操作，质量较稳定，重复性高。因此，搅拌摩擦焊接被认为是自激光焊接问世以来最引人注目的焊接方法，尤其对于高强铝合金的焊接具有无可比拟的优势，在航空航天、轨道车辆、舰船等领域具有非常广阔的应用前景。




搅拌摩擦焊工艺过程如图1 所示，焊接过程结束时会在焊缝末端留下匙孔，匙孔的存在不仅影响焊缝表面的美观性，而且也会在一定程度上降低焊缝的力学性能，因此在工程应用过程中对匙孔进行修复是非常必要的。对于有些结构的搅拌摩擦焊而言，可在起焊和收焊的位置设置起焊板和引出板，使匙孔不留在工件上；或是在产品零件的开口处引出搅拌摩擦焊的收焊匙孔，如在舱体上的口框处引出匙孔，而后加工去除，但该方法对于回转结构的环缝焊接等情况不适用。对于薄板的搅拌摩擦焊，可采用无针式搅拌头进行焊接，焊接过程中仅依靠旋转的轴肩与焊件表面金属间的相互作用产生大量的摩擦热，促进内部金属的流动与混合，从而形成固相连接接头。由于缺少搅拌针的搅拌作用，因此

轴肩的截面形貌至关重要。采用此方法虽然不产生匙孔，但其适用的结构严重受限，而且由于搅拌头与母材之间的摩擦及搅拌作用减弱，导致接头的力学性能下降。采用搅拌摩擦焊方法对匙孔修复时，会在另外的位置再次出现匙孔，因而也受到限制。


目前，国内外针对搅拌摩擦焊匙孔修复技术开展了大量的研究工作，按照原理可分为搅拌针回抽技术、组合补焊技术、摩擦塞焊技术和填充式搅拌摩擦焊技术，下面分别进行介绍。




Ding提出了采用搅拌针回抽焊具进行搅拌摩擦焊能够直接消除焊缝匙孔，基本结构原理如图2 所示。其焊具结构的特点就在于轴肩与搅拌针采用了分体式设计，焊接过程与常规搅拌摩擦焊基本相同，但在焊接结尾部分时，搅拌针逐渐进行回抽，通过轴肩下部塑性金属的回填，最终实现匙孔的消除。

Ding 等对早期提出的搅拌针回抽焊具进行改进，对6mm 厚2195 铝锂合金进行焊接，并对焊缝回抽部分的微观组织和力学性能进行分析。结果表明焊接过程参数、回抽过程参数影响回抽区域的微观组织以及焊接质量。同时，还对搅拌针可回抽搅拌头回抽过程中承受的力进行了分析，结果表明对于给定的被焊材料而言，回抽过程参数以及搅拌针所处位置决定了搅拌头的受力行为。

鄢江武等采用搅拌针可回抽搅拌头对8mm 厚5A06 铝合金进行了搅拌摩擦焊接试验，并分析了回抽速度对接头的力学性能及显微组织的影响，图3 为不同回抽速度下焊缝表面的形貌特征。结果表明当回抽速度变化时，焊缝热机影响区组织流变形貌不同，焊核区晶粒均为细小的等轴晶组织；当回抽速度变化时，焊缝的抗拉强度和屈服强度均有所变化。当回抽速度为5mm/min 时，焊缝的屈服强度和抗拉强度达到最高，分别为360MPa 和180MPa，均高于普通焊缝强度。



搅拌针回抽技术不用设置引出部分或余量就能实现环形焊缝等结构的无匙孔搅拌摩擦焊，并可以获得满足要求的焊接质量，但该方法需要采用比较复杂的设备，而且回抽过程需要控制相关参数才能保证焊接质量。