一、概述

　　1991年英国焊接研究所（TWI）发明了搅拌磨擦焊（FSW），从此以后，基于这种固相连接技术明显优越性，例如：优良接头力学生能，不需要填充焊接材料，没有焊接烟法和飞溅，很少焊前准备和焊接变形等，世界范围内国际合和中开展了大量研究和开发工作。另外，搅拌磨擦焊铝合金材料都能焊接，如应用于航空、航天领域2000系列、5000系列和7000系列高强铝合金，也可以利用这种先进焊接方法到高质量连接。英国焊接研究所Dave NICHOLAS订为，搅拌磨擦焊工艺是自激光焊接问世以来最引人注目焊接方法，它出现将使铝合金等有色金属连接技术发生革命性进步。

　　2002年4月，北京航空制造工程研究所与英国焊接研究所（TWI）搅拌磨擦焊专利技术正式签约，取了搅拌磨擦焊专利技术独占性二级许可授予权，为中国市场开启了搅拌磨擦焊技术研究、开发以及大规模工业化应用之门。

　　二、铝合金搅拌磨擦焊应用现状

　　搅拌磨擦焊（FSW）技术拥有诸多独特优点，轻合金材料（如铝、铜、镁、锌等）连接焊接方法、力学性能和生产效率上具有其他焊接方法不可比拟优越性。搅拌磨擦焊是一种固相连接方法，焊缝接头具有优良力学性能和小焊接变形，焊接过程中不需要添加保护气和焊丝，没有熔化、烟尘、飞溅及弧光，是一种环保型新型连接技术。实际情况也确如此，搅拌摩擦焊（FSW）技术问世后短短几年内，焊接机理、适用材料、焊接设备以及工程化应用方面均取了很大进展。搅拌磨擦焊（FSW）技术最初主要用于解决铝合金、镁合金及锌合金等材料焊接。搅拌磨擦焊（FSW）工艺特点和应用等，英国焊接研究所进行了较多研究，1993年、1995年申请了世界范围内专利保护。目前，该所主与航空、航天、船舶、高速列车及汽车等焊接设备制造厂和国际性大公司联合，以团体赞助或合作形式（TWIGSP项目）研究、开发搅拌磨擦焊（FSW）技术，不断扩大其应用范围。

　　目前由工业企业赞助研究项目包括：大厚度铝合金搅拌磨擦焊、钢搅拌磨擦焊、钛合金搅拌磨擦焊、汽车轻型构件搅拌磨擦焊等。美国爱迪生焊接研究所（EWI）与TWI密切协作，也进行FSW工艺研究。美国洛克希德。马丁航空航天公司、马歇乐航天飞行中心、美国海军研究年、Dartmuth大学、德国Stuttgart大学、澳大利亚Adelaide大学及澳大利亚焊接研究所等都有从不同角度对搅拌磨擦焊（FSW）进行了专门研究。

　　1.铝合金搅拌磨擦焊航空航天领域中应用

　　搅拌磨擦焊（FSW）研究进一步走向深入，搅拌磨擦焊设备也逐渐从试验室走向商用。TWI应用此技术为波音公司生产了3个2000系列铝合金航天飞机燃料箱；美国洛克希德。马丁公司、波音-麦道公司、洛克韦乐集团、爱迪生焊接研究所等多家机构目前正致力于搅拌磨擦焊接研究、应用评估和开发。航空航天领域适于用FSW技术焊接结构包括：军用或民用飞机蒙皮、航天器中低温燃料箱，航空器油箱、军用机副油箱、军用或科技探测火箭等；美国洛克希德。马丁航空航天公司用该技术焊接了航天飞机外部储存液态氧低温容器；马歇乐航天飞行中心，也已用该技术焊接了大型圆筒形容器。

　　Boeing公司投资几百万美元，制造了用于Delta运载火箭大型低温燃料容器大型专用搅拌磨擦焊机，BAE空中客车公司正对FSW技术进行方法、性能和可行性验证，目是用来生产中型和大型商用客机，所采用搅拌磨擦焊机由处合利伐克斯GRAWFORD-SWIFT公司制造，据说是欧洲功率最大焊机。美国ECLIPSE（月蚀）航空公司将利用FSW来制造一架10.86m长、翼展11.88m中型飞机，图1就是美国ECLIPSE公司耗资3亿美元研制成功E500型新型节能小型喷气高务飞机。公司估计，采用FSW可以将机身壁板上加强肋、框架装配时间减少80%，使飞机成本降低为83.7万美元。此飞机主要结构件、蒙皮等全部采用国际上最新连接技术——搅拌磨擦焊技术制造，客机机身基本上全部利用搅拌磨擦焊制造，其中包括飞机蒙皮、翼肋、弦状支撑、飞机板以及结构件装配等。

　　搅拌磨擦焊（FSW）应用主要用来提高生产效率和降低制造成本，会对航空结构件搅拌磨擦焊工艺是由TWI与美国ALCOA公司联合进行试验开发，然后应用于ECLIPSE500型飞机结构件焊接。公司2000年9月了飞机安全委员会初步设计评估和认证，2001年6月确定搅拌磨擦焊飞机制造中可行性，2001年开始制造搅拌磨擦焊飞机结构件，2002年6月首飞，并6月29日~7月1日向公众展示了这种新型飞机目前已经有上百家客户争相订购这种新型谦价、切能商务飞机。

　　2.铝合金搅拌摩擦焊船舶制造领域中应用

　　目前，基于搅拌摩擦焊（FSW）焊接方法、力学性能、制造成本以及环境等方面巨大优越性和潜工业应用前景，船舶制造领域里，搅拌摩擦焊到了深入细致研究和开发。船舶制造要求速度增加，要求单位价格载荷性能提高，舰艇制造要尽可能铝合金材料来降低船舶重量。但铝合金材料传统连接方法为铆钉连接和弧焊连接，铆接增加了制造时间、人力和物料使用量，而铝合金熔焊时容易产生变形、缺陷及烟尘等，也限制了弧焊铝合金构件上使用，搅拌摩擦焊技术发展，用搅拌摩擦焊来实现高集成度预成型模块化制造来代替传统船舶来板-加强件结构制造，是船舶制造技术发展必然和革命性进步。

　　搅拌摩擦焊（FSW）船舶轻合金预成形结构件上应用，外观、重量、性能、成本以及制造时间上具有明显优越性，可以用于船舶轻合金结构件制造，还可以用于现场装配，为现代船舶制造提供了新连接方法通知搅拌摩擦焊代替熔焊实现轻合金结构件制造，是现代焊接技术发展又一次飞跃。

　　搅拌磨擦焊（FSW）技术船舶制造、海洋工业和宇航工业中有广泛应用前景，适于用搅拌磨擦焊（FSW）技术焊接结构包括：甲板、壁板、隔板等板材拼焊、铝挤压件焊接、船体和加强件焊接、直升机降落平台焊接等。目前已用该技术焊接快艇中上长为20m铝合金结构件，焊缝总长度超过500Km。

　　三、铝合金搅拌摩擦焊发展趋势

　　中国，北京航空制造工程研究所和英国TWI搅拌试探焊技术合作中心——中国搅拌摩擦焊中心搅拌摩擦焊基础方法研究，材料应用研究、开发，搅拌摩擦焊设备设计、制造和销售等方面，都取很大进展。

　　（1）目前，中心正针对搅拌摩擦焊航天火箭筒体制造，航空飞机框架、蒙皮和结构间搅拌摩擦焊制造，船舶轻合金制造以及高速列车铝合金型材快速制造等方面正展开全面研究和工程攻关。另外，承揽国防科研和总装课题同时，还加强了和企业、大学横向联合及技术合作。

　　（2）搅拌摩擦焊设备制造方面已经设计出三大类6类种形式搅拌摩擦焊设备，2003年3月为哈尔滨工业大学和华东船舶工业学院制造交付了两台专业化搅拌摩擦焊设备。

　　（3）工程应用方面，铝合金搅拌摩擦焊将输变电、高速列车、新一代战斗机及新型运载火箭等方面首先到应用。

　　四、结语

　　搅拌摩擦焊（FSW）作为一种新型焊接技术将对铝合金等轻合金材料连接制造产生革命性影响，基于这种连接技术焊接方法突破，预计搅拌摩擦焊（FSW）技术将对飞机、火箭、高速列车、导弹快艇、全铝合金战车等军、民品设计和制造基线产生根本上变革。