楊坤玉1,2，袁朝橋1，彭彬1，宋佳寅1，賀地求

(1.長沙航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院，長沙 410124；2. 湖南省飛機(jī)維修工程技術(shù)研究中心，長沙 410124；3.中南大學(xué)，高性能復(fù)雜制造國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，長沙 410083)

0 前言

攪拌摩擦焊(FSW，F(xiàn)riction Stir Welding)是1991年英國焊接研究所(TWI)發(fā)明的一種固態(tài)焊接方法，其顯著優(yōu)勢是使金屬在固態(tài)下完成焊接，焊接總輸入熱量少，焊接區(qū)金屬受熱循環(huán)影響明顯低于其他焊接方法，特別適合熔化焊易產(chǎn)生缺陷的低熔點(diǎn)金屬的焊接[1-4]。FSW過程無弧光輻射、無須添加焊絲、無煙塵飛濺、對環(huán)境無污染、易于實(shí)現(xiàn)機(jī)械化操作和高速焊接、是一種理想的綠色環(huán)保連接技術(shù)，因此一出現(xiàn)就受到航天航空、國防工業(yè)、軌道交通等制造領(lǐng)域的青睞。

1995年，英國焊接研究所在中國申請了專利。FSW在中國大地上經(jīng)過20多年的研究與應(yīng)用實(shí)踐，在裝備制造、工具研制、可焊材料、焊接工藝、產(chǎn)品應(yīng)用等方面取得了很大發(fā)展，在焊縫成形過程、熱源模型建立、數(shù)值模型與仿真分析、焊縫成形機(jī)理等基礎(chǔ)研究方面，也取得許多進(jìn)展。尤其是專利保護(hù)期結(jié)束以后，F(xiàn)SW以更迅猛的方式在裝備制造業(yè)的各個(gè)領(lǐng)域內(nèi)蓬勃發(fā)展。同時(shí)，F(xiàn)SW在工程應(yīng)用過程中也遇到了很多的挑戰(zhàn)和瓶頸問題[5-8]。針對上述情況，文中系統(tǒng)總結(jié)了20多年來FSW方法在應(yīng)用研究和基礎(chǔ)研究方面的發(fā)展情況，調(diào)研了中國裝備制造類企業(yè)在應(yīng)用攪拌摩擦焊技術(shù)中遇到的挑戰(zhàn)和難題，提出了相應(yīng)的對策，為裝備制造企業(yè)能更好的應(yīng)用和研發(fā)FSW技術(shù)指明方向。

1 攪拌摩擦焊裝備、材料工藝的研究現(xiàn)狀

FSW過程，即通過高速旋轉(zhuǎn)的攪拌工具(俗稱攪拌頭，主要包括軸肩和攪拌針)扎入焊接區(qū)金屬，利用攪拌針和軸肩與焊接區(qū)金屬接觸之間產(chǎn)生的摩擦熱和塑性變形熱，使焊接區(qū)金屬產(chǎn)生熱塑性軟化，并隨著攪拌針的高速旋轉(zhuǎn)和進(jìn)給運(yùn)動，發(fā)生流變遷移，填充入攪拌針后方的空腔里，形成具有一定鍛造組織特性的焊縫；完成焊接后，攪拌針回抽，在焊縫尾部留下匙孔。圖1為FSW過程原理示意圖[1]。

圖1 攪拌摩擦焊過程原理示意圖

1.1 攪拌摩擦焊裝備的研究與應(yīng)用進(jìn)展

FSW裝備主要包括兩部分：焊接機(jī)床與攪拌工具。其中，焊接機(jī)床也稱FSW設(shè)備，其原理與銑床非常類似，主要提供給攪拌頭自轉(zhuǎn)運(yùn)動和焊接進(jìn)給運(yùn)動，以及相應(yīng)的軸向頂鍛力和進(jìn)給力。經(jīng)過20多年的發(fā)展，F(xiàn)SW設(shè)備已經(jīng)從單一的銑床模式類型，發(fā)展成為了專機(jī)與通用機(jī)并存的系列化產(chǎn)品，其中最主要的是臺式、龍門式、牽引式三類設(shè)備，如圖2所示。目前FSW設(shè)備的主要研究方向在3個(gè)方面，一是大型化、高頂鍛力、高進(jìn)給力；二是多維運(yùn)動、特定產(chǎn)品專機(jī)定制、FSW機(jī)器人等，如圖3，圖4所示；三是便攜式攪拌摩擦焊設(shè)備，主要用于戰(zhàn)場緊急搶修等場合[9]。

攪拌工具——攪拌頭則被譽(yù)為“攪拌摩擦焊的心臟”，是攪拌摩擦焊的核心關(guān)鍵技術(shù)。其材質(zhì)、幾何形狀與尺寸、軸肩和攪拌針的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)對焊縫的形成和性能影響至關(guān)重要。由于攪拌針在焊接過程中直接承受熱載荷、力載荷和摩擦磨損，故攪拌頭的材質(zhì)必須具有比被焊材料明顯更高的熔點(diǎn)、紅硬性、強(qiáng)度、韌性以及良好的動態(tài)高溫性能等。經(jīng)過20多年的應(yīng)用和研究發(fā)展，攪拌頭的選材和結(jié)構(gòu)形式已經(jīng)出現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化、系列化和多樣化，如圖5所示。例如焊接鋼、銅、鈦等高熔點(diǎn)材料多采用鎢錸合金、聚晶立方氮化硼、金屬陶瓷等材料，焊接鋁、鎂等低熔點(diǎn)金屬的攪拌頭多選用工具鋼和模具鋼等。攪拌頭軸肩的設(shè)計(jì)由最初的平底，發(fā)展出了凹面型軸肩、同心圓槽軸肩、花心形軸肩、半底軸肩、卷繞形軸肩等。攪拌針的形狀，由最初的光滑圓柱形、圓錐形，發(fā)展出圓柱螺紋、三棱柱、四棱柱、錐形螺紋、削面螺紋、三槽錐形螺紋、偏心圓、偏心圓螺紋攪拌針等[10-14]。

圖2 FSW焊接設(shè)備常見的三種類型

圖3 國內(nèi)最大的FSW設(shè)備

圖4 三種專機(jī)型FSW焊接設(shè)備

圖5 常見的各型FSW攪拌頭

NASA、馬歇爾焊接工程中心、波音公司等還開發(fā)出了多種類型的可伸縮式攪拌針，通過手動或自動方式調(diào)整針長，來焊接不同厚度的材料，并在焊接結(jié)束階段攪拌針縮回軸肩，避免形成匙孔。TWI開發(fā)了無軸肩的錐形攪拌頭和雙軸肩攪拌頭，用于環(huán)形、半球形等封閉性焊縫的FSW[15]。青島四方集團(tuán)開發(fā)了靜止軸肩攪拌頭用于焊接高鐵車體的側(cè)墻板[16]。賀地求、王海軍等開發(fā)出了用于攪拌摩擦點(diǎn)焊的可伸縮無匙孔攪拌頭等。各種新型攪拌頭如圖6所示。此外，因研究發(fā)現(xiàn)軸肩與攪拌針的直徑大小與配比、螺紋的牙距等參數(shù)對FSW焊縫的組織和性能有顯著的影響[17]。因此，針對特定產(chǎn)品開發(fā)專用系列攪拌頭和配套工藝，漸漸成為發(fā)展的主流。目前攪拌頭的主要發(fā)展趨勢在三個(gè)方面：①低成本、高性能、長壽命攪拌頭新型材質(zhì)的研發(fā)與制造；②針對匙孔消除、焊縫成形等方面的攪拌針形貌與軸肩幾何尺寸的設(shè)計(jì)與優(yōu)化；③黑色金屬、鈦合金等高熔點(diǎn)材料的攪拌頭設(shè)計(jì)、制造和抗摩擦磨損性能的研究與優(yōu)化等。

圖6 各種新型FSW攪拌頭

1.2 可焊材料的研究與應(yīng)用進(jìn)展

在可焊材料方面，F(xiàn)SW顯示了獨(dú)特的優(yōu)越性。以鋁合金為例，無論是傳統(tǒng)的MIG,TIG焊接，還是先進(jìn)的等離子弧焊、激光焊、電子束焊接，都無法徹底解決鋁合金熔焊時(shí)易產(chǎn)生的氣孔、熱裂紋及焊后應(yīng)力腐蝕問題。雖然業(yè)界采用脈沖電流等方法解決了5000系、6000系鋁合金的部分焊接性問題，但是高強(qiáng)鋁合金2000系、超高強(qiáng)鋁合金7000系以及鋁鋰合金的熔焊缺陷問題，仍然是航空航天大型復(fù)雜高性能構(gòu)件焊接制造的瓶頸。因?yàn)镕SW是在固態(tài)下完成焊接,所以從根本上避免了鋁合金熔化焊缺陷，可以焊接所有系列的鋁合金，尤其是對2000系、7000系列鋁合金的焊接，有著不可替代的優(yōu)勢,且可焊厚度范圍達(dá)到了1～100 mm[18-20]。

FSW焊接銅合金也有同樣的優(yōu)勢。銅合金因具有極好的導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性，優(yōu)良的耐腐蝕性、延展性和加工性能，在裝備制造領(lǐng)域用量很大。用熔焊方法焊接銅合金時(shí)，易產(chǎn)生焊不透、氣孔和熱裂紋現(xiàn)象，且接頭塑性、導(dǎo)電性、耐蝕性下降明顯。采用FSW則可以極好的避免熔焊類缺陷。英國焊接研究所(TWI)2005年將FSW用于密封壁厚為50 mm的核廢料容器，2010年日本將FSW用于銅合金板材的冷加工批量生產(chǎn)。中南大學(xué)、北京625所、南昌航空大學(xué)、蘭州理工大學(xué)等對紫銅FSW進(jìn)行了深入研究。其中，中南大學(xué)賀地求等人[21]成功實(shí)現(xiàn)了厚度50 mm紫銅、厚度12 mm鉻鋯銅的FSW 。圖7為紫銅的FSW對接焊縫的表面和橫截面，圖8為鉻鋯銅的FSW焊縫。

圖7 紫銅FSW對接焊縫的表面和橫截面

圖8 鉻鋯銅的攪拌摩擦焊縫

實(shí)踐結(jié)果表明，銅合金FSW除了接頭的強(qiáng)度和塑性可以超過熔焊，最重要的優(yōu)勢是焊接接頭電阻率與母材基本相當(dāng)，因此，F(xiàn)SW是未來焊接紫銅、鉻鋯銅材質(zhì)電機(jī)部件最有潛力的焊接方法。

鎂合金比強(qiáng)度高、比剛性好，是結(jié)構(gòu)減重和節(jié)能減排最理想的材料之一，但鎂合金在鎢極氬弧焊、激光焊接、電子束焊接等熔焊過程中易產(chǎn)生氧化、燃燒、氣孔、裂紋、夾渣、飛濺、根部空洞、熱影響區(qū)過寬以及焊后變形量大等問題，其根本原因是鎂合金的結(jié)晶溫度區(qū)大、熔點(diǎn)低、化學(xué)活性大、導(dǎo)熱系數(shù)和線膨脹系數(shù)高等。采用FSW焊接鎂合金，不僅避免了熔焊類方法的焊接缺陷，比起同為固態(tài)焊接方法的超聲波焊，也具有焊縫質(zhì)量更好、變形和殘余應(yīng)力更小等優(yōu)點(diǎn)，因此，F(xiàn)SW已經(jīng)成為鎂合金最具有潛力的焊接方法。

在異種材料的連接方面，在銅-不銹鋼、銅-鋁、紫銅-鎂合金、復(fù)合材料-鋁合金等異種材料的連接領(lǐng)域，F(xiàn)SW也體現(xiàn)了獨(dú)特優(yōu)勢，獲得了比傳統(tǒng)方法綜合性能更優(yōu)的焊接接頭。邢麗、柯黎明等[22]在對鋁合金LF6與工業(yè)純銅T1的FSW試驗(yàn)時(shí)發(fā)現(xiàn)采用合理的工藝參數(shù)匹配，可以獲得鋁銅異種金屬的有效連接 。劉會杰等人[23]提出了鋁-銅阻隔對接新方法，即選擇與母材類型相同的鋁或鋁合金作為阻隔材料，通過合理控制攪拌頭的偏移量，獲得了表面成形良好且無內(nèi)部缺陷的接頭，強(qiáng)度系數(shù)達(dá)到鋁合金強(qiáng)度的63%，斷裂位置在焊核中部或焊核與母材的界面上，其焊縫表面及分界面金相如圖9所示。賀地求、王浪波等利用FSW成功完成電解錳陰極板上紫銅與不銹鋼的搭接，不僅提高了連接強(qiáng)度和導(dǎo)電率，延長了陰極板的使用壽命，且降低了制造成本，為傳統(tǒng)產(chǎn)品的更新?lián)Q代和節(jié)能減排提供了新的思路。FSW電解錳陰極板如圖10所示。

圖9 鋁-銅阻隔對接新方法

圖10 采用攪拌摩擦焊的電解錳陰極板

經(jīng)過20多年的研究與實(shí)踐，F(xiàn)SW已經(jīng)可以成功焊接鋁合金、鎂合金、銅合金、鈦合金、低碳鋼、不銹鋼、塑料、鋁基復(fù)合材料等多種材料[24-29]。

1.3 攪拌摩擦焊接工藝與產(chǎn)品應(yīng)用的研究與進(jìn)展

在焊接工藝方面，發(fā)展速度最快的是鋁合金FSW焊接工藝，其次是銅合金、鎂合金等。在產(chǎn)品應(yīng)用方面，航天、航空、高鐵、船舶等輕金屬大量使用領(lǐng)域的應(yīng)用產(chǎn)品已達(dá)百余種，包括巨型火箭、飛船的燃料貯箱、航天飛機(jī)、火箭箭體、導(dǎo)彈外殼等；大型飛機(jī)機(jī)翼、尾翼、機(jī)身、油箱、蒙皮壁板等；高速列車車體地板和壁板、集裝箱箱體、油罐車、汽車大梁等。航天一院與航天八院成功實(shí)現(xiàn)了全FSW燃料貯箱的研制，確立了FSW在連接技術(shù)中的主流地位。圖11是FSW在航天領(lǐng)域的典型應(yīng)用。

在航空領(lǐng)域， FSW已用于大型民航貨機(jī)和大型軍用運(yùn)輸機(jī)的載重梁、地板、機(jī)身、機(jī)翼、蒙皮與衍梁等結(jié)構(gòu)件的焊接和修理。FSW與鉚接和螺紋連接相比，不僅降低了制造成本，還減輕了飛機(jī)的重量。FSW在航空制造領(lǐng)域的應(yīng)用實(shí)例如圖12所示。

圖12 FSW在航空領(lǐng)域的典型應(yīng)用

在船舶制造領(lǐng)域， FSW主要應(yīng)用于推進(jìn)電機(jī)和船體制造中，如新一代艦用推進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)子和高速貨船的甲板、側(cè)墻及船體、漁船上的冷藏箱板等。賀地求等成功實(shí)現(xiàn)了新一代艦用推進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)子端面的FSW焊接。圖13為FSW在艦用轉(zhuǎn)子端面焊接實(shí)例。

圖13 艦用轉(zhuǎn)子的FSW應(yīng)用

在高速列車制造領(lǐng)域，中國攪拌摩擦焊中心成功實(shí)現(xiàn)了高速列車、貨物列車及城軌地鐵的車輛箱體、窗體、側(cè)墻及車鉤面板等結(jié)構(gòu)件的攪拌摩擦焊制造，有效減輕車輛自重，為軌道交通工業(yè)開辟了新的制造技術(shù)途徑。圖14為128 m長“軌道交通領(lǐng)域”專用FSW焊接技術(shù)裝備。

圖14 128 m長的高鐵車體焊接專用裝備

2 攪拌摩擦焊的基礎(chǔ)研究進(jìn)展

縱觀近20多年國內(nèi)外機(jī)構(gòu)對FSW的研究，雖然FSW在各個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用成果頗多，但其基礎(chǔ)研究卻遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于其應(yīng)用研究。究其原因主要是FSW過程是焊接區(qū)金屬在短時(shí)間內(nèi)完成的極其劇烈局部塑性流變和遷移，無法直接精確觀測到焊接區(qū)金屬的流動行為，給FSW基礎(chǔ)研究帶來了極大的困難。國內(nèi)外學(xué)者主要通過研究焊接區(qū)金屬的熱塑性流動行為來揭示FSW焊縫的形成機(jī)理。常用的研究方法主要有試驗(yàn)和數(shù)值模擬兩大類。其中試驗(yàn)方法有焊中急停法、標(biāo)記材料法、異種材料接頭顯微組織圖像分析法及多種方法綜合等。數(shù)值模擬方法主要是通過ANSYS，F(xiàn)LUNE，AQUAS等商業(yè)軟件，對FSW過程進(jìn)行簡化和假設(shè)，設(shè)定邊界條件，對溫度場、流速場、應(yīng)力場進(jìn)行仿真分析。

2.1 FSW焊縫成形機(jī)理的試驗(yàn)研究進(jìn)展

鋼球跟蹤及停止運(yùn)動技術(shù)是最早應(yīng)用于FSW材料流動的試驗(yàn)研究方法，并在此基礎(chǔ)上發(fā)展出了標(biāo)記材料法和異種材料接頭圖像分析法。Reynolds等人[30]采用標(biāo)記材料法研究了FSW焊接區(qū)金屬的流動情況，發(fā)現(xiàn)了攪拌頭幾何參數(shù)對材料流動的影響規(guī)律，給出了半定量的焊接區(qū)材料三維視圖。王希靖等人[31]研究發(fā)現(xiàn)，焊縫洋蔥環(huán)的實(shí)質(zhì)是攪拌針旋轉(zhuǎn)前進(jìn)時(shí)其帶動的軟化層，與上一軟化層塑性金屬間相對移動摩擦疊加后產(chǎn)生的一種軌跡 。趙衍華等人[32]采用標(biāo)記材料法研究了2014 鋁合金FSW焊縫金屬塑性流變過程，建立了二維焊縫金屬塑性流變模型 ?？吕杳鞯热薣33]通過多種方法綜合試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)攪拌針表面的螺紋是驅(qū)動焊縫塑化金屬在焊縫厚度方向流動的主要因素，提出了焊縫塑化金屬厚度方向流動的“抽吸—擠壓”理論，對預(yù)測和解釋FSW焊縫成形有一定的正確性。

2.2 FSW焊接過程數(shù)值模擬的研究進(jìn)展

FSW過程中溫度場和流場的數(shù)值模擬研究，對建立和完善FSW基礎(chǔ)理論，指導(dǎo)實(shí)踐中FSW工藝參數(shù)的確定有著重要的學(xué)術(shù)意義和實(shí)用價(jià)值。FSW生熱和塑性形變熱是FSW過程中熱量的主要來源，但兩種熱量的比例以及在焊縫中的分布，研究者們提出了多樣化的熱源模型，但沒有形成共識。業(yè)界關(guān)于FSW產(chǎn)熱機(jī)制模型的研究也經(jīng)歷了3個(gè)階段：從只考慮軸肩產(chǎn)熱不考慮攪拌針產(chǎn)熱的模型，到同時(shí)考慮軸肩產(chǎn)熱和攪拌針產(chǎn)熱的模型，到將二者耦合起來分析綜合產(chǎn)熱效果，甚至不考慮軸肩產(chǎn)熱，主要考慮攪拌針產(chǎn)熱(如靜軸肩FSW)的模型。張昭[34]利用ABAQUS對FSW過程流場和溫度場進(jìn)行數(shù)值模擬，發(fā)現(xiàn)FSW過程中材料流動最為劇烈的區(qū)域發(fā)生在返回側(cè)，切向流動構(gòu)成了材料流動的主要形式，且攪拌頭轉(zhuǎn)速和焊接進(jìn)給速度的增加, 都會使材料在返回側(cè)的流動變得更為劇烈；發(fā)現(xiàn)隨著攪拌頭轉(zhuǎn)速的增加，最高溫度和FSW所需的功率均增加 。張利國、姬書得等人[35]利用FLUNT對2024鋁合金FSW過程中金屬的塑性流動進(jìn)行數(shù)值模擬，發(fā)現(xiàn)攪拌頭轉(zhuǎn)速增加會使攪拌頭附近區(qū)域的材料流動則更劇烈，高速流動的材料區(qū)域范圍變大 。Wu等人[36]構(gòu)建了FSW焊接區(qū)金屬的層狀流動模型,其中焊核區(qū)形狀與計(jì)算結(jié)果與實(shí)測數(shù)據(jù)吻合。

綜上所述，雖然溫度場、流場的數(shù)值模擬取得了一定的進(jìn)展，但因產(chǎn)熱模型的建立，均沒有考慮工藝傾角，攪拌針形狀也簡化成規(guī)則幾何形狀，導(dǎo)致分析結(jié)果與實(shí)際工況還有很大的差距。因此，將工藝傾角、攪拌頭形狀等重要因素需考慮在熱源模型內(nèi)，來對FSW工藝過程進(jìn)行仿真分析，是未來數(shù)值模擬研究必須攻克的瓶頸。

在對FSW接頭的殘余應(yīng)力變形和殘余應(yīng)力的研究方面，學(xué)術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界則形成了比較統(tǒng)一的認(rèn)識。

FSW接頭的縱向應(yīng)力是主要?dú)堄鄳?yīng)力，其峰值遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于橫向應(yīng)力； FSW 接頭的縱向殘余應(yīng)力分布具有明顯的非對稱性, 前進(jìn)側(cè)明顯高于返回側(cè)，呈雙峰型分布，其最大峰值出現(xiàn)在前進(jìn)側(cè)熱影響區(qū)，且為拉應(yīng)力；FSW接頭中的殘余應(yīng)力平均水平明顯低于熔焊接頭,但其產(chǎn)生原因涉及到熱、力及其耦合情況，以及機(jī)械攪拌和焊接溫度場的疊加作用造成焊縫兩側(cè)縱向殘余應(yīng)力的不對稱分布[37-38]。

3 攪拌摩擦焊工程應(yīng)用所面臨的挑戰(zhàn)和對策

3.1 面臨挑戰(zhàn)

雖然FSW技術(shù)在裝備制造領(lǐng)域各個(gè)行業(yè)中的推廣應(yīng)用如火如荼，但在實(shí)踐過程中遇到了很多挑戰(zhàn)和瓶頸問題。通過對中國裝備制造行業(yè)各類企業(yè)的系統(tǒng)性調(diào)研發(fā)現(xiàn)，攪拌摩擦焊工程應(yīng)用推進(jìn)目前所面臨的瓶頸問題，主要表現(xiàn)以下五個(gè)方面：

(1)基礎(chǔ)性研究深度不夠。在FSW研究領(lǐng)域中，多側(cè)重于應(yīng)用研究，對于基礎(chǔ)研究投入不夠。雖然在試驗(yàn)研究方面有很大進(jìn)展，但因FSW過程時(shí)間極短，試驗(yàn)結(jié)果對焊縫成形成性機(jī)理的說服力不強(qiáng)。而在數(shù)值模擬研究方面，因未考慮工藝傾角和攪拌頭實(shí)際細(xì)節(jié)，數(shù)值模型與FSW實(shí)際工況仍存在較大的差距，僅能作為方向性參考，實(shí)際價(jià)值不大。

(2)對中高端設(shè)備系統(tǒng)性力學(xué)要求把握不準(zhǔn)。在FSW裝備制造方面，因?qū)SW機(jī)床所需的頂鍛力和進(jìn)給力要求研究不透，導(dǎo)致研制的大型FSW設(shè)備無法正常實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定焊接。

(3)高效低成本攪拌工具研發(fā)能力不足。在攪拌頭設(shè)計(jì)與研制方面，曾走過一段“攪拌頭越大越好”的彎路，雖然現(xiàn)在攪拌頭的研制已經(jīng)進(jìn)入系列化和多樣化，但在工程一線依然存在制造成本居高不下、攪拌針容易磨損、使用壽命短、在焊接過程中攪拌頭易折斷等問題。

(4)高端專用工藝研發(fā)力量薄弱。在焊接加工一線，雖然很多設(shè)備實(shí)現(xiàn)了專機(jī)化，但因供貨者對FSW工藝研究不夠深入，使用者對FSW焊接機(jī)理理解不到位，且FSW工藝窗口狹窄，導(dǎo)致焊縫缺陷率高，需要反復(fù)返工和補(bǔ)焊，嚴(yán)重影響生產(chǎn)效率。

(5)操作技能型人才沒有系統(tǒng)培養(yǎng)規(guī)范。雖然FSW屬于機(jī)械化與自動化焊接方法，但要獲得質(zhì)量穩(wěn)定的焊縫，需要操作者對FSW焊接機(jī)理及機(jī)床特性有非常深入的理解和體驗(yàn)。而目前大多數(shù)一線操作者都是從機(jī)床加工崗位轉(zhuǎn)崗而來，沒有系統(tǒng)的培養(yǎng)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)培訓(xùn)，因此焊接質(zhì)量很難保證。

3.2 提出對策

(1)建立從設(shè)備與工具研制、專用工藝研發(fā)、來料加工等一攬子解決方案的高科技公司，來為高質(zhì)量需求提供專業(yè)服務(wù)。即設(shè)備提供商、攪拌頭提供商、焊接工藝研發(fā)者、焊接來料加工者合為一體。這是針對FSW獨(dú)特的技術(shù)難度，解決裝備、工藝、生產(chǎn)中集中問題的有效途徑。在實(shí)踐中，有些研究機(jī)構(gòu)也在做這方面的努力如帝球機(jī)械、中國攪拌摩擦焊中心等，取得了一些進(jìn)展。但要真正做到高質(zhì)量、高效率的專業(yè)服務(wù)，還有很長的路要走。

(2)整合研究資源，加大對FSW基礎(chǔ)性研究和新方法的研發(fā)。雖然FSW在原理上有獨(dú)特優(yōu)勢，但也存在焊縫“漏斗型”溫度場等原理性缺陷，針對其研發(fā)新的焊接方法(如超聲輔助、激光輔助等)，是克服其缺陷最有意義的研究方向。這不僅需要國家和裝備類企業(yè)在基礎(chǔ)研究方面加大投入，更需要整合優(yōu)質(zhì)研究資源，強(qiáng)強(qiáng)合作，共同攻關(guān)，才能取得更大的成果，為應(yīng)用研究的推進(jìn)打下堅(jiān)實(shí)的理論和試驗(yàn)基礎(chǔ)。

4 結(jié)論

FSW經(jīng)過20年的研究與實(shí)踐，已經(jīng)取得了長足的進(jìn)展。針對目前在各類裝備制造企業(yè)中存在的應(yīng)用瓶頸，提升FSW技術(shù)的高質(zhì)量服務(wù)水平，整合資源，增強(qiáng)克服其缺陷的新方法研發(fā)，有希望重振FSW為裝備制造業(yè)高質(zhì)量、高效率服務(wù)的新興之路。