RFSSW套筒外壁形貌優化設計及材料流動規律研究

趙華夏，李登常，王 月，姬書得

（1.中國航空制造技術研究院，北京 100024；2.沈陽航空航天大學航空宇航學院，沈陽 110136）

攪拌摩擦點焊（Friction Stir Spot Welding，FSSW）技術具有焊接接頭質量高、焊接過程能耗低等優點，在輕質金屬的連接領域具有廣闊的應用前景[1]。但是，傳統攪拌摩擦點焊焊接結束后會在焊點中心留下匙孔，不僅降低接頭的力學性能，而且影響接頭的美觀程度[2–3]。為此，德國GKSS 研究中心發明了一種回填式攪拌摩擦點焊（Refill Friction Stir Spot Welding，RFSSW）技術。該技術使用由固定的壓緊環、旋轉的套筒及攪拌針組成的攪拌工具；通過攪拌工具各組件的相對運動，在下扎階段中收集溢出的材料并在回填階段中將收集的材料填充至匙孔，最后獲得無匙孔的點焊接頭[2]。

RFSSW 焊接過程可以分為4 個階段：摩擦階段、下扎階段、回填階段和撤離階段[2，4]。根據下扎方式的差異，RFSSW 工藝又可分為攪拌針下扎式與套筒下扎式兩種方法。前者是在下扎階段攪拌針下扎且套筒回抽，攪拌針下方的材料在壓力作用下流入套筒回抽形成的空間；在回填階段套筒下壓且攪拌針回抽，套筒下方的材料流入攪拌針回抽形成的空間，完成匙孔的填充。后者的攪拌工具運動方式與前者相反，即在下扎階段套筒下扎且攪拌針回抽，而在回填階段攪拌針下壓且套筒回抽。

與攪拌針下扎式方法相比，套筒下扎式方法獲得的搭接接頭連接面積更大，因此相關研究更為廣泛[5]。然而，國內外學者在使用套筒下扎式方法焊接時經常會發現焊接接頭中存在孔洞缺陷和未完全填充缺陷，如圖1 所示[2]。……