逆向差速搅拌摩擦焊接方法及接头形成机理研究

针对空间焊接现场制造及在轨修复的潜在需求，提出一种搅拌针与轴肩逆向差速旋转的搅拌摩擦焊接新方法，其主要思路是设计搅拌针与轴肩相互分离的搅拌头，搅拌针高速旋转，轴肩低速旋转，搅拌针与轴肩的旋转方向相反。利用搅拌针的高速旋转，降低轴向压力、旋转扭矩和前进阻力，减小能量消耗，降低装夹要求，提高焊接效率；利用轴肩的低速旋转，保证焊缝成形，同时降低前进阻力；利用搅拌针与轴肩的逆向旋转，降低焊缝两侧微观组织的不对称性，从而提高接头性能。.采用试验研究、理论分析和数值模拟相结合的研究方法，建立一套逆向差速搅拌摩擦焊接系统，重点研究焊接温度场及焊缝成形特征，分析焊接过程载荷参量随焊接工艺参数的变化规律，阐明接头微观组织与接头性能的相关性，揭示逆向差速搅拌摩擦焊接头的形成机理，实现焊接工艺参数的优化，为高强铝合金空天结构的焊接现场制造及可靠连接提供理论依据并奠定技术基础，推动空间搅拌摩擦焊接技术的发展。

针对空间焊接、在轨修复的潜在需求以及提高接头性能的目的，开展搅拌针与轴肩逆向差速旋转的搅拌摩擦焊接方法研究。通过搅拌针的高速旋转，减小轴向压力、旋转扭矩和前进阻力，提高焊接效率；通过轴肩的低速旋转，保证焊缝成形，降低前进阻力；利用搅拌针与轴肩的逆向旋转，降低焊缝两侧微观组织的不对称性，从而提高接头性能。.研究内容包括：焊接温度场分布及焊接载荷参量随焊接工艺参数的变化特征，焊接工艺参数对接头性能的影响规律，接头微观组织特征及其与接头性能的相关性，逆向差速搅拌摩擦焊接头的形成机理，焊接工艺参数的优化及控制。.研制了逆向差速搅拌摩擦焊接系统，进行了逆向差速搅拌摩擦焊接试验研究，模拟分析了逆向差速搅拌摩擦焊接的温度场形态及特征，基于温度场模拟结果以及伺服电机输出扭矩实测结果计算了逆向差速搅拌摩擦焊接的过程载荷，阐明了轴向压力、主轴扭矩和前进阻力的变化规律。.研究了逆向差速搅拌摩擦焊接头的微观组织和力学性能，重点分析了接头各区晶粒形态和沉淀相的演变特征，确定了接头性能随工艺参数的变化规律，实现了搅拌摩擦焊接工艺过程的优化，获得了高强度的搅拌摩擦焊接头。.深入研究了搅拌摩擦焊接头性能与微观组织的相关性，揭示了逆向差速旋转条件下接头微观组织的形成机理，实现了接头组织与性能的调控，为逆向差速搅拌摩擦焊接方法的工程应用提供了理论依据和技术基础。.通过上述研究，发表SCI检索论文10篇，申报国家发明专利7项，培养博士和硕士研究生7名。