1、常規(guī)攪拌摩擦焊接時需要很大的軸向壓力和攪拌頭轉矩來產生足夠的摩擦熱和塑性功來軟化待焊材料，并形成焊縫。這會導致攪拌頭磨損，并限制焊接速度，尤其是在焊接高強高硬材料時，這種問題變得更加突出。為了解決這些問題，研究人員通常采用輔助能源（激光、電弧熱、電阻熱、感應熱等）來協(xié)助軟化待焊材料，從而降低軸向壓力和攪拌頭轉矩，并提高焊速度。這種直接輔助加熱的方式具有一些固有的缺點，例如，會造成接頭熱影響區(qū)擴大和沉淀相長大或溶解等問題，使得接頭力學性能

2、下降。超聲振動能夠在無顯著加熱的條件下軟化金屬材料，因此，在保證攪拌摩擦焊焊接質量的前提下，利用超聲振動作為輔助能源，可降低焊接載荷，并提高焊接速度，具有很大的發(fā)展?jié)摿Α?br>　　本研究利用超聲波的定向發(fā)射特性，直接將超聲振動施加在攪拌頭前方的待焊工件上，形成了“超聲振動強化攪拌摩擦焊工藝(UVeFSW)”。在工藝和設備研發(fā)的基礎上，開展了6061-T4鋁合金板和2024-T4鋁合金板的超聲振動強化攪拌摩擦焊工藝試驗。分別研究了超聲振

3、動對焊縫成形、接頭微觀組織和力學性能的影響。試驗發(fā)現(xiàn)，超聲振動能夠改善焊縫表面成形，減小甚至消除由材料流動不足引起的孔洞缺陷，增大焊縫攪拌區(qū)的截面積，細化和均勻焊核區(qū)和熱力影響區(qū)的晶粒組織，并改善接頭力學性能。
　　在此基礎上，進一步研究了超聲振動強化攪拌摩擦焊的焊接載荷、熱循環(huán)和材料流動。焊接載荷的測量采用實時采集焊機電參數(shù)并將其轉化成力矩和力的方法。熱循環(huán)的測量則采用熱電偶測溫法并配以不同的測量位置。測試的結果表明，在超聲振動

4、的作用下，主軸轉矩和軸向壓力顯著降低，但是焊接方向上的進給力并沒有顯著變化;盡管超聲振動體現(xiàn)了一定程度的預熱作用，但是焊接過程中的峰值溫度并沒有明顯變化。
　　采用標記材料示蹤法與金相觀察相結合的方法來表征材料流動。將1060純鋁箔以不同的配置方式夾在基體材料之間，通過攪拌頭“急?！奔夹g和焊縫“切片”技術以及特殊設計的焊接行程來觀察攪拌頭周圍材料的瞬態(tài)和準穩(wěn)態(tài)流動。研究結果表明，焊縫中主要存在三個不同的材料流動區(qū)域，即材料連續(xù)流動