搅拌摩擦焊是一种新型的固相连接技术。搅拌焊接工具技术是搅拌摩擦焊工艺最重要的因素。焊接过程中搅拌焊针的结构形状是影响焊缝区塑性软化材料流动方式的主要因素,从而影响焊缝的成型质量。 本论文设计并加工了不同材料的圆柱形、圆台形、带螺纹的圆柱形和带螺纹的圆台形四种结构形状的搅拌焊针。使用不同型号的搅拌焊针,在不同的工艺参数下对L2Y2工业纯铝、LY12铝合金、紫铜和黄铜进行了搅拌摩擦焊,分析了搅拌焊接工具材料、形状及尺寸对接头质量的影响及工艺参数对L2Y2硬铝合金焊缝成形和性能的影响,同时对搅拌摩擦焊机理进行了粗浅分析。结果表明,纯铝采用45~#钢圆柱形焊针焊接时即可获得表面成形良好内部无缺陷的焊接接头,而对于硬铝和紫铜,分别采用T10钢和高速钢圆柱形搅拌焊针及圆台形搅拌焊针焊接时焊缝内部均产生了隧道形缺陷。这是因为,焊接纯铝时,由于其易实现高塑性状态,采用最简单的圆柱形焊针即可满足要求,只要焊接规范合适,就不会出现任何缺陷。而对硬铝合金和紫铜,其塑性较纯铝要差,在相同的焊接条件下采用圆柱形搅拌焊针很难获得无缺陷接头。试验结果表明采用带螺纹的搅拌焊针时,不仅增大了摩擦表面积,提高了焊缝的热输入,而且在搅拌过程中可增加金属的搅拌体积,使金属的塑性增加,流动性增强,同时螺纹可对金属产生向下的顶锻压力,阻止了金属向上流动的趋势,使空腔及时被填满,避免了缺陷的产生,可获得成型较好、无缺陷的焊接接头。