摩擦叠焊技术是一种新型固相连接技术,是摩擦焊技术之一。在世界范围内,随着海洋石油资源等开采的不断加强和油气田开采深度的不断增加,海洋深水结构物的连接及修复日益受到重视。摩擦叠焊具有很多常规水下焊接方法不具备的技术优势,其焊接接头性能优异、水环境及压力干扰小,故在深水结构物修复领域发展很快,受到英美等海洋石油国家的高度重视,并在摩擦叠焊的焊接设备、焊接工艺及其水下工程应用等开展了大量研究工作。中国在摩擦叠焊技术上开展研究工作较晚,随着海洋油气资源开发的不断深入,亟切需要中国开展该技术的系统研究。本文在“十一五”国家863计划和国家自然科学基金等项目依托之下,进行了摩擦叠焊焊接工艺及接头质量研究的相关工作。　　本文利用已有的摩擦叠焊试验设备,在前人的研究基础之上,对铝合金和钢材摩擦叠焊焊接工艺进行了深入的研究,对焊接接头特征及性能进行了全面的测试,系统分析了工艺参数对焊接接头质量的影响规律,优化了铝合金及钢材的摩擦叠焊焊接工艺参数,参与研制了新型管道摩擦叠焊试验设备。　　本文对摩擦叠焊焊接单元成型过程进行详细分析,计算得出单元焊接过程的产热功率、摩擦扭矩及焊接初始温度,为焊接结果及现象分析提供参考。通过焊接温度场、宏观形貌、金相组织、显微硬度、力学强度测量等方式对不同工艺参数下的焊接接头进行了分析,总结得出了主轴转速、进给速度、焊接时间、接头形状组合及焊接填充量等焊接参数对接头成形、组织及性能的影响规律,并进行了焊缝的摩擦叠焊修复试验研究,获得了组织均匀、成形良好、缺陷较少的焊缝接头。　　本文的创新之处在于:通过大量不同工艺参数下的焊接试验,得出已有焊接设备条件下,铝合金及钢材的摩擦焊焊接可行性工艺参数表;通过对焊接过程、试验结果的全面分析,研究得出焊接工艺参数对接头质量的影响规律;通过焊接工艺参数的优化,获得了质量优异的焊接接头;新型管道摩擦叠焊设备中,实现了摩擦叠焊过程中焊接压力的准确控制,结合焊接过程在线监测技术,可为后续开展管线钢的摩擦叠焊工艺研究提供一定保证。