搅拌摩擦焊的焊接原理是利用高速旋转的搅拌工具头插入工件，由于强烈的摩擦和搅拌，搅拌头周围的金属迅速被加热；在旋转搅拌头的临近区域内，形成了一层充分塑化金属层；当搅拌头沿着焊件的接缝向前运动时，在搅拌头的后边就形成了空腔，由于背面垫板和正面轴肩的密封作用，在搅拌头转动摩擦力的作用下，搅拌头前边不断形成的热塑性金属挤压流动，转移到了搅拌头的后边，填满了后边的空腔，空腔的产生与填满几乎同时发生和完成；这样，焊缝区的金属被挤压、搅拌，发生了剧烈的塑性变形，并被摩擦加热，在高温中，原子经过扩散和再结晶，就形成了搅拌摩擦焊的焊缝。这就决定了搅拌摩擦焊的产热方式和熔化焊有本质的区别。

在熔化焊时，热输入是和焊接速度成反比。而搅拌摩擦焊焊接过程是一个温度变化、组织结构转变、应力应变和金属流动四个因素相互作用的复杂过程。其中温度的变化起着主要的作用，它直接影响到其它因素的改变，同时它也是其它因素共同作用的结果。

焊接速度温度场

X20Cr13不锈钢（德国马氏体不锈钢）具有良好的抗大气、海水、蒸汽等介质腐蚀的能力，且有良好的塑性和韧性，主要用以制作腐蚀结构构件，如汽轮机动、静叶片等。由于该钢含碳量较高，使其焊接难度加大，其高淬硬性容易导致焊接接头冷裂纹问题和脆化问题。长期以来，焊接工艺优化主要依靠经验积累及破坏性试验测试，成本消耗巨大且焊接质量难于得到保证，废品率高。随着计算机技术日益发展，采用数值模拟的方法来模拟焊接过程为实际焊接提供了理论依据，从而大大降低成本和提高了效益。

严铿等利用法国ESI公司开发的焊接专用有限元分析软件SYSWELD，模拟了焊接速度对X20Crl3马氏体不锈钢平板对接焊接头温度场的影响，为工程实际应用提供理论依据。

主要结论如下：

（1）其他焊接工艺参数不变时，随着焊接速度的增大。温度场分布变得浅而窄，热循环在高温时刻停留时间变短，温度梯度变小。

（2）其他焊接工艺参数一定时，焊件熔池、熔合区及热影响区上各点峰值温度随着焊接速度的增大而明显减小。

（3）工艺参数为焊接电流110A、电弧电压12V、焊接速度4mm/s的TlG焊对X20Cr13马氏体不锈钢焊接，能获得优良的焊接接头。

焊接速度组织形态

18-8不锈钢（也叫304不锈钢）具有良好的耐大气腐蚀或耐高温腐蚀的性能，以18-8不锈钢作为表面堆焊材料在石油化工和超高压电站锅炉等行业中得到广泛应用。18-8不锈钢焊缝的组织特征是在奥氏体基体上分布着5%-30%的

相关结论如下：

（1）焊接速度对堆焊层形貌影响显著，随着焊速的逐步提高，堆高和熔宽均减小，然而堆高和熔宽的比值则呈现先减小后增大的趋势，熔深和稀释率均变大。

（2）随着焊接速度的逐步提高，堆焊层金属显微组织中

（3）当焊速为8m/h时，可获得热输入小、稀释率低、成形良好，显微组织为奥氏体基体和细长连续的骨架状

焊接速度：单位时间内完成的焊缝长度称为焊接速度。

如果焊接速度过快，熔池温度不够，易造成未焊透、未熔合、焊缝成型不良等缺陷。

如果焊接速度过慢，使高温停留时间增长，热影响区宽度增加，焊接接头的晶粒变粗，机械性能降低，同时使变形量增大。

高速焊接：指在一定时间内焊接速度很快，超过2米。

如下：

（1）在搅拌摩擦焊时，焊接速度与热输入不呈线性关系，而是呈现复杂的形态.当焊接速度较小,塑性变形产热可以忽略时，摩擦热占主要地位.这时随焊接速度的增加，热输入减小，接头性能下降。当焊接速度较大，塑性变形产热占主要地位时，随焊接速度的增加，热输入增加,接头性能上升。当进一步增加焊接速度，由塑性变形引起的产热小于焊接速度增加造成的热输入减小，总的热输入减小，性能下降。

（2）当旋转速度与焊接速度比值为定值时，接头力学性能是变化的，并且不是线性的。由摩擦热、塑性变形产热综合影响接头的性能，摩擦热是随旋转速度和焊接速度的绝对值的增加而增加，塑性变形热是先下降后上升，总的趋势是先下降，后上升。

速度模式是指通过模拟量的输入或脉冲的频率都可以进行转动速度的控制，在有上位控制装置的外环PD控制时速度模式也可以进行定位，但必须把电机的位置信号或直接负载的位置信号给上位反馈以做运算用。位置模式也支持直接负载外环检测位置信号，此时的电机轴端的编码器只检测电机转速，位置信号就由直接的最终负载端的检测装置来提供了，这样的优点在于可以减少中间传动过程中的误差，增加了整个系统的定位精度 。