影响搅拌摩擦焊焊接过程稳定性和焊接质量的因素，主要有搅拌头的形状、搅拌头的位置、搅拌头的转速、焊接速度、接头精度以及材料拘束等。表8-1列出了影响搅拌摩擦焊的主要工艺因素及其内容要点。

1.搅拌指棒的材质及形状

（1）搅拌指棒的材质 由于搅拌指棒要产生并承受摩擦热，高温抗剪强度是搅拌指棒根部必须考虑的一个重要因素。英国焊接研究所采用工具钢来制作搅拌指棒，例如TWI的Nicholas采用工具钢AISI-H13。日本采用了SUS440马氏体不锈钢以及工具钢SKD61作为搅拌指棒的材料。从搅拌指棒的高温强度出发，搅拌摩擦焊只能焊接铝、镁及其合金和铜合金等。随着搅拌指棒的材质不断开发，可以预见会有更多的材料适用于搅拌摩擦焊焊接。

表8-1 影响搅拌摩擦焊的工艺因素

（2）搅拌指棒的形状 搅拌指棒的形状为单纯圆柱形或加工成稍带锥形的圆柱形；也有的把单纯圆柱形加工成螺纹牙型或浅牙型，而端部形状一般为半球形。TWI采用搅拌摩擦焊焊接75m特厚板时，采用的搅拌头表面如图8-2a所示，切削成螺纹牙型的螺旋沟，目的是增加对被焊金属的搅拌力。图8-2b所示为较为复杂形状的搅拌指棒。

图8-2 搅拌头

2.搅拌头肩部的形状和材质

如图8-3所示，搅拌头的肩部不是平面状，而是稍带凹面的形状，凹的程度应通过实践来确定。这种肩部形状在旋转摩擦时，会促进其正下方母材表面金属的塑性流动，增强混合搅拌效果。

因为搅拌头的肩部是产热之处，可采用热传导率低的二氧化锆作为肩部材料，与采用一体型全钢制搅拌头相比，向搅拌头传导的热减少，既减少了热损失，而且在相同条件下也不会增加FSW热影响区的宽度。

图8-3 搅拌头的肩部形状

在搅拌摩擦焊（FSW）高速焊时，肩部的发热量增加了30%～70%。只有当肩部材质为二氧化锆时，向搅拌头侧的热传导会得到有效的抑制，该搅拌头才适用于高速FSW焊接。

3.搅拌头的寿命(www.daowen.com)

搅拌头的寿命主要是以搅拌指棒根部的损伤为衡量标准。由于搅拌指棒根部易发生高温疲劳或剪切破坏，而造成损伤。

初步试验结果表明，搅拌头的材质、形状、焊件的板厚各异以及焊接参数不同，其寿命会有差别。在实际施焊过程中，以达到规定的焊缝长度或达到规定的使用时间为其寿命。例如焊接板厚6mm的6082-T6铝合金时，焊接长度为800m。

当搅拌头损坏后，一定要把残留在焊缝内破损的搅拌指棒取出。采用肉眼观察检验搅拌头是否破损是不容易的。在实际施焊过程中，达到规定的寿命，必须更换搅拌头，然后通过研磨等修复处理后再使用。

4.搅拌头的前进角

搅拌头的前进角是指搅拌头中心轴线与焊件表面垂直线之间的夹角。在一般情况下，搅拌头的前进角定为3°～5°。一般认为设定一定的前进角可以提高搅拌头的寿命，促进摩擦引起的焊缝金属塑性流动，消除产生缺陷的倾向。

搅拌头的前进角对焊缝金属塑性流动的影响如图8-4所示。当改变搅拌头的前进角时，焊缝金属的塑性流动停滞点发生很大变化。从图中可以看出，在搅拌头的前进角为0°时，即搅拌头与焊件表面垂直，焊缝金属的塑性流动停滞点处于焊根中心，随着前进角的增大，搅拌力增大，塑性流动的停滞点向焊缝上方移动，这有利于消除缺陷。

图8-4 搅拌头前进角对焊缝金属的塑性流动停滞点位置的影响

a）搅拌头前进角为0° b）搅拌头前进角为1.5° c）搅拌头前进角为3.0°

5.搅拌头的位置

搅拌头的位置是被焊金属与搅拌头的相对位置有关的参数。为了获得没有缺陷的良好接头，被焊金属必须通过搅拌作用向板厚方向输入摩擦热。这就要求搅拌头的肩部必须完全与被焊金属表面接触，使搅拌指棒完全插入板厚的状态保持稳定。搅拌头中心线的位置正好处于接头中心线上。

6.焊件的固定

被焊焊件的固定，要依据坡口加工精度、胎夹具的设计、被焊金属以及尺寸大小等综合考虑。在焊接过程中易产生横向张开，保持接头间隙不变比较困难，特别在焊接长尺寸的焊件时，一定要重视胎夹具的设计。