在搅拌摩擦焊接过程中,搅拌头对焊件的力学作用是影响焊接质量的主要因素之一。目前,国内还没有对这方面的实时检测和研究。本课题根据实验需要自行设计了测力实验工作台,从而能够保证实测数据的准确性和可靠性。首先,根据压力传感器尺寸设计力学信号检测工作台,将压力传感器分别安装于其上选定的位置。安装方式为:轴向方向上放置两个,纵向方向上前后各放置一个,侧向方向上左右各放置两个;使工作台在前后、左右以及下部均与压力传感器的触头有很好的点接触。利用数据采集系统,实时检测了焊接过程中搅拌头对焊件的下压力和前进力。通过对6mm厚2A12,3A21铝合金,H62铜合金以及10mm厚5A02铝合金进行搅拌摩擦焊接,研究了工艺参数对焊接下压力和前进力的影响,得到了下压力和前进力的变化规律。结果表明:1)在同一参数下,焊接不同的材料时,材料所受的下压力和前进力不同;在不同的工艺参数下,焊接同一种材料时,材料所受的下压力和前进力也不同;实验证明,下压力随下压速度和下压量的增加而增加,随旋转速度的增加而减小。影响焊接过程中下压力的主要因素是:旋转速度、下压量及下压速度。2)在旋转速度不变的条件下,前进力随焊接速度增大而增大。在其它参数都不变的条件下,前进力随压入量的增大而增大;随旋转速度的增大,先增大后减小。随搅拌针长度和直径的增加而增大。3)此外,研究了下压力对焊缝表面成形的影响。结果表明,在下压力一定的范围内(4000N~8500N),焊缝随着下压力的增加而成形良好。本课题采用大型有限元分析软件Deform-3D,针对搅拌摩擦焊接过程中下压力的变化对应力场的影响等进行三维数值模拟和有限元分析。模拟结果表明,在焊缝的初始端,焊接下压力对等效应力的变化几乎没有影响。焊接起始阶段,搅拌针周围材料的等效应力最大,轴肩下方材料的等效应力其次,焊缝边缘材料的等效应力相对要小。随着焊接的进行,搅拌针周围温度最高,等效应力也最小。而在稳定焊接阶段,下压力对等效应力的分布影响不大,但是对应力值的大小变化影响很大。模拟结果表明焊接下压力直接影响到焊缝的成形质量。过低的下压力无法得到成形良好的焊缝,模拟结果与实际焊接的结果基本一致。本研究为进一步分析影响搅拌摩擦焊焊缝成形因素奠定了基础,对于确定焊接参数、优化焊接工艺、控制焊接接头组织和性能有重要的实用价值。