适合各种接头。由于FSW焊接过程中材料不熔化，焊接位置和接头形式不会受到限制，所以适合多种位置的焊接，也可实现各种形式的接头，如对接、角接、搭接和T型接头[5]。甚至可以焊接多层材料和厚度变化的结构。如图1-3所示是典型的FSW接头形式。

图1-3 典型的FSW接头形式

1.2.3 搅拌摩擦焊的缺点

当然，搅拌摩擦焊也存在部分不足，主要包括以下几个方面：

（1）对于不同的厚度以及不同的结构，需要设计相应的工具、制定相应的过程参数。设备灵活性较差；

（2）焊接过程中对搅拌头造成磨损和消耗较高；

（3）在一些特定场合的应用还需进一步改善；

（4）一般的搅拌摩擦焊在焊接结束时，如果不采用特定的工具或者工艺措施，搅拌头退出时，会在焊缝末端留下一个坑洞，也称匙孔；

（5）需要特定的夹具，对夹具刚性要求较高。

1.3 异种金属材料的连接

1.3.1 异种材料的焊接性

异种材料的焊接是指将两种或两种以上化学成分或组织性能不同的的金属，在一定的工艺条件下焊接成满足设计要求的构件，并使形成的接头满足预定的服役要求。不同材料的物理化学性能和组织结构决定了异种材料的可焊性，两种材料的热物理性能、结晶化学性能和材料表面状态差异越大，可焊接性越差。与同种材料的焊接相比，异种材料的焊接有很大的不同，从焊接性和操作技术方面比较，物理化学性能及化学成分差异较大的异种材料比同种材料可焊性要差，焊接难度大。其次，由于异种金属线膨胀系数存在差异，接头组织发生变化，引起热应力和组织应力，焊后接头中常存在较大的内应力，且热应力难以消除，造成接头产生裂纹或焊接变形，严重恶化焊接接头性能，甚至引发一定安全事故。

1.3.2 Cu/Al异种金属的焊接性

随着有色金属材料的快速发展，铜和铝在机械制造业中逐渐替代传统的钢材，铜/铝复合结构逐渐得到广泛的应用，但是由于铜和铝材料性能和物理性能的差异较大，很难获得优质的铜铝焊接接头，主要存在以下几个问题[6]：

（1）铝和铜的高温易氧化问题

由于铝对氧有较大的亲和力，在高温熔池中更易被氧化，生成相应的铝和铝的氧化物（如CuO、Cu2O 、Al2O3），这些氧化物的存在会阻碍填充材料与铝的熔合，同时在晶界生成脆性的共晶体，降低了焊缝的组织性能和引发裂纹缺陷[7]。

（2）铝和铜的裂纹问题

由于铜和铝线膨胀系数相差50%左右，熔焊时铜/铝接头中会留下较大的残余热应力。当残余热应力达到一定程度，就会高于接头的强度极限而产生裂纹[8]。

（3）铝和铜的气孔问题

由于铜和铝都具有优良的导热性能，因此溶解在液态熔池中的外来气体和化学冶金过程中产生气体会因为液态金属的快速冷却结晶而来不急逸出熔池，残留在焊缝中生成气孔[9-10]。

（4）铝和铜形成脆性金属间化合物问题

由铝铜二元相图1-7可知，铝和铜在高温时是无限固溶的，但铝在铜中得溶解度会随着温度的下降而下降，固体时变为有限固溶，容易生成脆性的铝铜金属间化合物[11]（如Al2Cu3、AlCu、Al4Cu9、Al2Cu等）。但焊接时可以通过控制焊缝金属中铜的百分比（特别当铜含量小于13%时，合金的综合性能较为优良），并通过减少铜与液态铝的接触反应时间，均可提高铝-铜焊接接头的塑性和强度。

图1-7 铜铝二元相图

1.4 Cu-Al异种金属金属搅拌摩擦焊研究现状

1.5 搅拌摩擦焊接头的流场

由于搅拌摩擦焊在焊接时温度较低，焊接过程中金属不熔化，只是在搅拌头的搅拌作用下材料会进行塑性迁移，此过程是热量和机械力耦合的过程，十分的复杂[19]。FSW的流场研究就是研究焊接接头中塑性金属材料的迁移状况。目前关于塑性材料迁移行为的研究方法主要有异种材料金相组织显示法、标识材料示踪法、以及急停技术[20]（搅拌针冷却技术）。