搅拌摩擦点焊主要有以下几种形式：固定式搅拌摩擦点焊、回填式搅拌摩擦点焊、复合式搅拌摩擦点焊、消耗性指棒搅拌摩擦点焊（FrictionBitJoining）、双面搅拌摩擦点焊、摆动式搅拌摩擦点焊及无指棒式搅拌摩擦点焊。

1.固定式搅拌摩擦点焊

固定式搅拌摩擦点焊是KHI（日本川崎）与MAZDA（日本马自达）于1993年在TWI开发的搅拌摩擦焊技术（FSW）基础上共同研究开发的搅拌摩擦点焊（FSJ）技术，又称为“带有退出孔的搅拌摩擦点焊”技术。

该方法采用固定一体式的搅拌头，搅拌指棒与搅拌头肩部固定为整体，焊后在点焊缝中心留有退出孔。固定式搅拌摩擦点焊的基本原理如图8-57所示，焊接过程主要分为三个阶段，即搅拌工具压入过程、连接过程和搅拌工具回撤过程。

图8-57 固定式搅拌摩擦点焊过程示意图

a）搅拌工具压入过程 b）连接过程 c）搅拌工具回撤过程

（1）搅拌工具压入过程 首先用专用夹具将搭接焊件固定在水平的刚性垫板上，防止焊件在焊接过程中产生滑动和移动，然后搅拌头高速旋转并向下缓慢移动，当搅拌指棒与待焊焊件上表面接触后，搅拌头在轴向压力的作用下以一定的插入速度旋转插入焊件内部，搅拌头与焊件摩擦产生热量，使搅拌头附近的材料软化。

（2）连接过程 当搅拌指棒插入到预定深度后，使搅拌头肩部接触焊件表面，并保持轴向压力，搅拌头继续旋转一定时间，实现上下板的点连接。

（3）搅拌工具回撤过程 完成焊接后搅拌头回撤退出焊件，在点焊缝中心留下一个明显的退出凹孔。

2.回填式搅拌摩擦点焊

回填式搅拌摩擦点焊主要有两种：一种是采用双层相对运动的搅拌头，实现无退出孔的填料式搅拌摩擦点焊，其焊接过程如图8-58所示；一种是外层为固定、环内为双层相对运动搅拌头的无退出孔的回填式搅拌摩擦点焊，其焊接原理如图8-59所示。

图8-58 回填式搅拌摩擦点焊（日本）过程

图8-59 回填式搅拌摩擦点焊（德国GKSS）原理

a）摩擦产热，材料塑化 b）搅拌针上移，套筒下移 c）搅拌针反方向运动 d）焊接完成，搅拌工具脱离焊件

该方法采用分离的搅拌头和搅拌头肩部，通过精确控制搅拌头和搅拌头肩部的相对运动，在搅拌头回撤的同时填充在焊接过程中形成的退出孔，焊后焊缝平整无退出孔。此方法的焊接过程主要分为四个阶段，如图8-59所示。

第一阶段，将焊件安置在刚性垫板上，并用固定环固定。搅拌头上的搅拌指棒和套筒高速旋转，与焊件上表面摩擦产生热量，使材料软化。固定环不旋转，主要作用是将套筒、搅拌指棒以及塑性材料密封在一个封闭空间，防止塑性材料外溢。

第二阶段，搅拌指棒和套筒边旋转边沿轴向进行相对运动，搅拌指棒向上运动，套筒向下运动，推动塑化材料相互搅拌与运动。此时套筒、搅拌指棒和焊件之间形成空腔，容纳被套筒挤出的塑化材料。

第三阶段，当套筒下移到预定深度后，搅拌指棒和套筒反方向相对运动，搅拌指棒向下运动，套筒向上运动，塑化材料进一步熔合、搅拌，并将套筒留下的空腔填平。

第四阶段，当搅拌指棒与套筒反方向运动直到搅拌指棒、套筒、固定环及焊件上表面重新回到同一平面上时，搅拌指棒和套筒停止旋转。最后移走搅拌头，完成焊接过程。(www.daowen.com)

虽然回填式搅拌摩擦点焊消除了退出孔，但是增加的填充程序使搅拌头的运动复杂化。固定式搅拌摩擦点焊通常可在1s内完成焊接过程，满足汽车车身车间生产节拍要求。对于焊接设备和控制系统，固定式搅拌摩擦点焊更加简单，因此该方法更容易应用到点焊装配车间中。

3.复合式搅拌摩擦点焊

复合式搅拌摩擦点焊（扫描式搅拌摩擦点焊）是为解决搅拌摩擦点焊接头性能过低的问题而开发的。焊接时，搅拌头以正常的方式绕轴旋转，轴同时也在一个圆形的轨道区域内移动，轴的行走路径如图8-60所示。理论上，采用复合式搅拌摩擦点焊方法形成的焊缝尺寸应比固定式搅拌摩擦点焊有所增加，从而提高焊点的力学性能。

图8-60 复合搅拌摩擦点焊的旋转路线

4.消耗性指棒搅拌摩擦点焊

消耗性指棒搅拌摩擦点焊（Friction Bit Joining）是一种用来实现异种材料搅拌摩擦点焊的新技术，该技术利用一种消耗性的材料作为指棒，搅拌摩擦点焊时指棒穿透上板后，利用指棒与被焊材料的摩擦热实现上下板的点连接，部分指棒留在焊缝中，形成类似法兰的接头，如图8-61所示。

5.双面搅拌摩擦点焊

在固定式搅拌摩擦点焊技术的基础上提出双面搅拌摩擦点焊技术，如图8-62所示。焊接时利用两个摩擦头对焊件进行摩擦加工，此方法可以使金属挤出物减少一半，而热量提高1倍，从而提高生产效率。

图8-61 消耗性指棒搅拌摩擦点焊接头横截面

图8-62 双面搅拌摩擦点焊

6.摆动式搅拌摩擦点焊

该方法是搅拌头指棒旋转着压入焊件，搅拌头以一定的半径旋转，当焊件产生塑性流动后，搅拌头按一定方向摆动，然后回撤退出。其过程如图8-63所示。它可以增大有效连接宽度，消除焊点界面畸变现象，提高焊点的强度。

7.无指棒式搅拌摩擦点焊

该方法搅拌头只有轴肩而没有搅拌指棒，轴肩表面有卷曲的凹槽，如图8-64所示。在轴肩与焊件表面纯挤压摩擦的前提下，产生摩擦热使焊件塑性流动，实现扩散连接，形成的焊点无退出孔。使用带有沟槽的轴肩的搅拌头，焊接效果更快、更成功，可以在较短的时间内得到较深的变形区和较高的界面强度；另外对于具有卷槽的刮水器特征的轴肩，搅拌头将促使上板处的材料向焊核中心运动，使焊核中心的下板材料向下运动，从而增加变形区域的深度，有利于焊核的形成，但同时也增加了钩状缺陷形成的时间。

图8-63 摆动式搅拌摩擦点焊

图8-64 无指棒式搅拌头