摘要:增材制造技术作为第四次工业革命的重要组成部分，近年来受到广泛关注。搅拌摩擦增材制造（Friction stir additive manufacturing, FSAM）是一种衍生于搅拌摩擦焊的新型固相增材制造技术，具有无凝固缺陷、晶粒细小、残余应力小等优点，为铝合金、镁合金等轻质合金构件的高性能快速制备提供新途径。该文以实现FSAM的工业化应用为出发点，着重介绍了FSAM技术的原理和特点，综述了铝合金增材构件的微观结构和力学行为的研究进展，并归纳了其拓展应用的发展现状。最后，展望了FSAM技术的未来研究方向，为该技术的发展应用提供有益参考。

关键词: 搅拌摩擦增材制造；微观组织；力学性能；拓展应用  

摘要:在基础设施与装备制造领域，钢铁材料有着广泛的应用，随着部件服役年限的逐渐延长，不可避免地产生磨损、裂纹、腐蚀等损伤，进而引发材料性能衰退乃至结构失效等问题。增材再制造技术，由于其快速成形、材料利用率高、修复精度可控等特点，为修复与延寿提供了新方法。基于搅拌摩擦的增材制造以搅拌摩擦焊为原理，利用摩擦热和塑性变形实现材料的逐层堆积，具有热输入低、致密度高、残余应力低、力学性能优、效率高、绿色环保等优势，并且避免了熔融增材制造中的气孔、裂纹和元素烧损等缺陷，是一种新型固相增材制造技术。因此，在金属材料部件的修复与再制造中得到越来越多的关注。该文首先阐述了基于搅拌摩擦的固相增材制造技术原理、特点与工艺分类，并综述了用于钢铁材料增材制造的研究现状，最后探讨了针对修复与再制造的工业应用场景与技术发展方向。

关键词: 熔融增材制造；固相增材制造；搅拌摩擦焊；再制造技术；钢铁材料  

摘要:【目的】旨在探究搅拌摩擦沉积增材制造（AFSD）中进给速度、送料速度等关键工艺参数对Mg-Gd-Y-Zr稀土镁合金成形质量的影响规律，建立工艺参数匹配策略。【方法】采用单道单层沉积试验，在固定转速200 r/min下，调控进给速度与送料速度之间的匹配关系，结合表面形貌分析、横截面观测、粗糙度测量及材料填充率计算进行多维度评价。【结果】进给速度60～100 mm/min窗口内粗糙度相对稳定；送料速度与进给速度共同主导沉积层几何尺寸与填充率，送料速度低于0.7 mm/s时，出现缺料缺陷。【结论】建立了送料速度−进给速度−沉积体积的定量匹配模型，确定最佳工艺窗口，进给速度与送料速度分别为80～100 mm/mim和1.0～1.1 mm/s。

关键词: 搅拌摩擦沉积增材制造；Mg-Gd-Y-Zr合金；工艺参数匹配； 沉积层成形；热输入  

摘要:【目的】为促使搭接界面经历强形变获得高强度搅拌摩擦搭接焊（Friction stir lap welding, FSLW）接头，提出了一种大升角螺纹搅拌针的设计理念，实现铝/钢异种材料接头的有效连接。【方法】以4 mm的5083铝合金和E36钢为对象进行FSLW试验，研究了4种大升角（40°，50°，60°，70°）螺纹搅拌针微扎入下(钢)板的条件下，不同螺纹升角对界面成形特征与接头力学性能的影响规律。【结果】随着螺纹升角的增加，过强的材料流动部分地打碎钢质互锁结构，使搅拌针两侧机械互锁的尺寸先增加后减小。【结论】搭接界面的结构特征决定了搭接接头的失效载荷，随着螺纹升角的增加，接头失效载荷变化规律与机械互锁相关。在剪切断裂模式下，大升角螺纹搅拌针均高于普通螺纹搅拌针的最高剪切性能；当搅拌针螺纹升角为50°时，铝/钢FSLW接头的失效载荷达到最大值，其值为6.22 kN。

关键词: 铝/钢搅拌摩擦搭接焊；大升角螺纹；材料流动；机械互锁；搭接界面 

摘要:【目的】为满足航空航天、轨道交通等领域对轻质高性能结构件的需求，铝合金因其重量轻、强度高的特点被广泛应用。厚板铝合金的搅拌摩擦焊（Friction stir welding, FSW）面临焊缝组织不均匀、流动性差和易出现未焊透缺陷等问题，限制了焊接效率和应用。【方法】针对上述问题，该文采用钨极气体保护电弧（Gas tungsten arc, GTA）偏置预热技术对FSW进行优化，通过调节预热位置改善焊缝前进侧与后退侧的温度场分布，从而提升焊缝金属流动性。研究设计了基于GTA偏置预热的试验系统，开展对6 mm厚2219铝合金的焊接试验，系统分析了预热对温度场分布、焊接载荷及金属流动性的影响规律，结合热电偶测温与位移传感器数据采集，验证了GTA预热模型的适用性。【结果】结果表明，GTA预热位置显著影响焊缝温度场分布与性能。当预热位置位于焊缝前进侧AS4处时，可有效降低两侧温差，改善温度场均匀性，减少焊接载荷并提升焊缝质量。【结论】该文研究为厚板铝合金FSW提供了新思路，有助于提高焊接工艺效率与接头性能，推动FSW技术在制造业中的进一步应用。

关键词: 搅拌摩擦焊；偏置预热；温度分布；焊接载荷；焊缝质量  

摘要:【目的】旨在计算贮箱结构焊接残余应力，预测薄弱位置。【方法】通过力学性能测试，构建了2219铝合金的材料性能参数库；采用热力耦合的有限元方法建立了搅拌摩擦对接焊有限元模型，并通过焊接试验，对焊接热循环曲线和残余应力进行了校核，获取能够准确反映温度场和应力场分布特点的焊接热源模型参数；进一步使用该模型对贮箱结构焊接残余应力进行仿真计算。【结果】结果表明，焊接热循环曲线计算结果与实测曲线吻合较好，焊接残余应力计算结果与实测结果误差小于15%。贮箱结构焊接过程仿真计算结果表明，贮箱主体部分焊接残余应力最大值为265 MPa。【结论】通过试验获得了2219铝合金在不同的板厚下合适的焊接工艺参数；数值模拟计算表明，贮箱结构γ框环焊缝和箱底环焊缝处应力较大，其中周向应力占比较大，薄弱位置为γ框环焊缝和箱底环焊缝处。

关键词: 搅拌摩擦焊；2219铝合金；热力耦合；应力分布；数值模拟  

摘要:【目的】旨在探究双道搅拌摩擦焊（Friction stir welding, FSW）对搭接接头微观组织及力学性能的影响。【方法】采用双道搅拌摩擦焊，在焊具下压量不变条件下，采用不同焊具转速和焊接速度对厚度为6 mm的5083铝合金和FH36钢进行搭接试验，通过微观组织表征及力学性能测试，探讨双道焊工艺对接头成形的影响，阐明焊接工艺参数对接头中金属间化合物 （Intermetallic compounds, IMCs）分布情况及接头强度的影响规律。【结果】研究结果表明，与单道FSW相比，双道FSW减小或消除了接头中的隧道缺陷；铝/钢界面存在明显的IMCs层；随着焊具转速的增加，IMCs层厚度增加，最大拉剪载荷呈先增加后减小的趋势；随着焊接速度的增加，IMCs层厚度减小，分布愈不均匀，最大拉剪载荷逐渐减小。【结论】采用双道搅拌摩擦焊方法，接头拉剪性能相比于单道搅拌摩擦焊有所提高，当转速为800 r/min、焊接速度为30 mm/min时，接头拉剪载荷达到最大值8.7 kN，与同参数下单道FSW相比提高了93%。

关键词: 双道搅拌摩擦焊；铝/钢接头；金属间化合物；组织；性能  

摘要:【目的】旨在探索采用搅拌摩擦沉积增材（Additive friction stir deposition, AFSD）工艺制备LD10铝合金多层沉积件的可行性，为LD10铝合金AFSD工艺优化提供依据。【方法】通过金相分析、显微硬度、室温拉伸、断口扫描等试验，研究了LD10铝合金沉积件的组织、力学性能及断裂机理。【结果】结果表明，使用AFSD工艺制备的LD10铝合金多层沉积件成形良好，组织为均匀细小的等轴晶。行进方向平均抗拉强度（282.6 MPa±23.5 MPa）和宽度方向平均抗拉强度（278.6 MPa±30.6 MPa）接近，均高于沉积方向的抗拉强度（190.9 MPa±26.2 MPa）。LD10铝合金多层沉积件的断裂方式为微孔聚集型塑性断裂。【结论】通过AFSD工艺可制备成形良好的LD10铝合金多层沉积件，力学性能较为稳定。

关键词: 增材制造；搅拌摩擦沉积增材；LD10铝合金；微观组织；力学性能  

摘要:【目的】旨在探究数据驱动的方法对铝合金搅拌摩擦焊对接接头抗拉强度的预测效果。【方法】该文利用Python编程语言的决策树、随机森林、支持向量机和人工神经网络等机器学习算法，基于搅拌摩擦焊对接接头的试验数据，预测其抗拉强度。对数据集进行特征分析后，选取包括材料各元素质量分数、焊接工艺参数、板材属性等12个关键参数作为输入特征进行抗拉强度的预测。【结果】结果显示，测试集的R2达到0.92，测试集五折交叉验证R2达到0.9。表明所采用的机器学习算法在预测搅拌摩擦焊对接接头抗拉强度方面表现出色。其中，随机森林算法的预测效果最好，测试集R2为0.955，五折交叉验证R2达到0.935，并通过5.82 mm厚的6082-T6铝合金板材的试验结果为试验数据外推验证集验证了该方法的无偏性。【结论】这表明，对于搅拌摩擦焊对接接头抗拉强度的预测，数据驱动的解决方案能够提升并优化传统解决方案的性能和效率。

关键词: 搅拌摩擦焊；6082铝合金；机器学习；热输入；强度预测；数据驱动 

摘要:【目的】旨在研究搅拌摩擦焊（Friction stir welding, FSW）过程中材料的流动行为，了解FSW过程的机理。【方法】采用ABAQUS软件，基于光滑粒子流体动力学（Smoothed particle hydrodynamics, SPH）方法建立AZ31B镁合金的搅拌摩擦焊数值模型，通过对特征粒子的追踪，研究材料流动的趋势。【结果】结果表明，材料流动在焊接前进方向的位移比其他2个方向大，并且前进侧要比后退侧大，后退侧相对于前进侧的材料流动性能较弱；材料围绕着搅拌头运动，从前进侧流向后退侧，越靠近搅拌头部分的粒子变形和位移越大，后退侧粒子沿着搅拌头轴向螺旋上升，最后停留在后退侧，并在搅拌头的后侧中混合。【结论】预测了搅拌摩擦焊过程中飞边和空腔缺陷的产生；动能和内能比值验证了模型的可行性。

关键词: 搅拌摩擦焊；光滑粒子流体动力学；材料流动；数值模拟；AZ31B镁合金  

摘要:【目的】旨在探究胶层添加对搅拌摩擦搭接焊工艺焊接温度与接头内部成形的影响。【方法】以3 mm厚2024-T4铝合金为对象，通过MSC.Marc软件对温度场进行有限元模拟，并通过K型热电偶的测温试验进行验证，对比分析搅拌摩擦搭接焊与搅拌摩擦搭接胶焊工艺的焊接温度分布及其影响下的接头内部成形特征。【结果】在搭接界面添加的胶层因具有比铝合金更小的热导率，使上板的峰值温度更高且高温区更大，造成上板的焊核区更宽，且延伸入焊核的冷搭接的长度与高度增大。【结论】与搅拌摩擦搭接焊相比，搅拌摩擦搭接胶焊工艺下板的高温区较小，使钩状结构向下弯曲且在下板内具有更大的弯曲角，接头平均拉伸剪切性能由12.14 kN提升至14.34 kN。

关键词: 搅拌摩擦搭接胶焊；2024-T4铝合金；温度场；界面成形；拉伸剪切性能  

摘要:【目的】旨在探究机器人自动打磨对铝合金搅拌摩擦焊接头微观组织和力学性能的影响，为提高火箭贮箱类产品研制生产自动化提供技术基础。【方法】针对8 mm厚航天用2A14铝合金，研究了打磨前后接头表面形貌、微观组织及力学性能的差异。【结果】结果表明，在优化后的打磨工艺参数下，自动化打磨能够有效去除焊接飞边，打磨区域母材到焊缝圆滑过渡，打磨焊缝较原始焊缝减薄约0.3 mm。打磨后接头微观组织、力学性能与未打磨接头相比无差别，打磨接头抗拉强度和断后伸长率分别为351 MPa和6.3%。【结论】通过自动化打磨的接头表面形貌和力学性能满足火箭贮箱用铝合金中厚板技术指标要求。

关键词: 搅拌摩擦焊；2A14铝合金；飞边打磨；微观组织；力学性能  

摘要:【目的】针对采用连续送丝搅拌摩擦增材制造（Wire-based friction stir additive manufacturing, W-FSAM）工艺制备的2319铝合金构件，为提升其力学性能达到锻件水平，探索了适用于W-FSAM工艺制备的2319铝合金的快速热处理工艺。【方法】该研究中采用W-FSAM，在转速为700 r/min、送丝速度为780 mm/min、行进速度为180 mm/min下成功制备了高度为50 mm的横梁结构件，并对其沉积态构件进行在固溶+人工时效热处理前加入退火−快速加热−退火均质化处理的快速热处理。【结果】结果表明，当快速加热峰值温度为460 ℃时，W-FSAM 制备的沉积态2319铝合金构件内部晶粒尺寸长大趋势较小，平均晶粒尺寸为50～200 μm；构件沿增材与行进方向的抗拉强度分别为384 MPa 和442 MPa，达到了2219-T6铝合金锻件高向与纵向性能的105.2%和110.5%。【结论】针对W-FSAM制备的2319铝合金构件，快速热处理工艺不仅抑制了晶粒异常长大现象，而且对材料的强度的提升有显著作用。

关键词: 连续送丝搅拌摩擦增材制造；铝合金；热处理工艺；微观组织 ；力学性能  

摘要:【目的】为解决铝合金车身与钢制螺柱焊接接头强度不高的问题，研究设计了具有内、外双螺纹结构的不锈钢螺柱扎入铝基板的焊接形式，提出了轴肩约束式摩擦螺柱焊接方法。【方法】该文以7系铝合金板材与304不锈钢为研究对象，在转速1 200 r/min、进给量7.5 mm、顶锻力40 kN的参数下制备了螺柱焊接头。【结果】研究表明，获得的接头表面成形良好，界面结合紧密。在辅助轴肩的约束下，常规摩擦焊接形成的羊角状放射飞边被转化为与不锈钢螺柱界面结合紧密的填充材料，且挤出的多余铝合金材料形成了对性能有益的表面密封增厚环。不锈钢螺柱的内外双螺纹结构大大增强了塑化铝合金的流动能力，在不锈钢螺柱空腔及外周铝合金组织全为细小的等轴晶粒。在铝/钢界面处未发现明显缺陷，且在过渡界面存在一定厚度的金属间化合物，实现了机械−冶金的复合连接。接头拉伸承载载荷达到55 kN，较已报道的相同规格尺寸螺柱的拉伸载荷提高了72%。【结论】该研究为厚高强轻合金板与钢螺柱的高质量连接提供了一种新的解决思路。

关键词: 摩擦螺柱焊；铝/钢异种金属；钢螺柱；界面；表面成形  

摘要:【目的】旨在探索最佳搅拌摩擦焊接工艺参数，实现7075/5A06异种铝合金薄板高质量对搭接焊接，解决异种铝合金薄板对搭接结构焊接存在的焊缝减薄和钩状缺陷等问题。【方法】利用阶梯式轴肩焊具实现了对1 mm 7075-T6铝合金和2 mm厚5A06-O铝合金的对搭接结构的焊接。【结果】结果表明，在该焊具结构下，焊接工艺窗口较宽，搅拌头转速在700～1 100 r/min下焊接速度为300 mm/min均能获得完整无缺陷的接头。【结论】在900 r/min-300 mm/min的参数下，钩状缺陷带来的影响得以消除，接头抗拉强度达到335 MPa±11 MPa，达到了5A06-O母材的94%。

关键词: 异种材料；搅拌摩擦焊；铝合金；微观组织；力学性能