1.1 5083铝合金搅拌摩擦焊的背景 5083铝合金属于铝-镁系(5XXX)合金，为了降低其对应力腐蚀的敏感性而减少镁含量的一种合金，具有不经过热处理而由加工硬化得到相当的强度，塑性良好，焊接性能优良，耐应力腐蚀性能优良等特点，通常应用于船舶，汽车，轨道交通工具结构的制造[1]。

当前，轨道交通朝着高速化，轻量化，舒适化的方向发展，势必要求车体结构和内部构件形式日趋复杂，车体制造和构件安装必定需要运用合适的焊接方法[2]。

目前，高速列车上铝合金材料的焊接方式主要是钨极惰性气体保护焊(TIG)和熔化极惰性气体保护焊(MIG)[3]。

这两种方法均属于熔化焊，焊接热输入量较大，在焊接过程中存在气孔，裂纹，接头热影响区发生过时效软化等问题，导致接头强度下降，耐腐蚀性能降低，产品质量不稳定，可靠性不足[4]，并且铝合金热膨胀系数较大，构件的焊接变形和残余应力较大[5]。

搅拌摩擦焊(Friction Stir Welding)技术的出现能够很好解决上述问题，它非常适用于铝合金材料的连接，与普通熔化焊相比，搅拌摩擦焊接头具有机械性能良好，变形量小且焊接过程绿色、环保，操作简便，焊接缺陷少，自动化程度高等优点。

因此，研究高速列车用5083铝合金搅拌摩擦焊焊接工艺及其接头性能具有较为重要的现实意义[6-9]。

1.2 搅拌摩擦焊概述 1.2.1 搅拌摩擦焊的基本原理 搅拌摩擦焊(FSW)是英国焊接研究所(TWI)于1991年发明的一种固相连接技术，特别适合于焊接铝合金和镁合金[10]。

搅拌摩擦焊的基本原理比较简单，即由经过特殊设计的搅拌针和轴肩组成的搅拌工具(搅拌头)高速旋转，搅拌针插入工件的待焊界面，轴肩摩擦工件表面，同时，搅拌头沿着焊接路径迸给，焊接终了搅拌头抽离工件，完成焊接，如图1所示[11]。

焊接过程中，搅拌头与母材剧烈摩擦生热和材料的形变能将搅拌头附近的金属软化并发生强烈塑性变形，并在搅拌头的转动和进给的联合作用下，软化金属从搅拌针前方运动到后方，在轴肩向下的”锻压”力作用下将软化的高温金属紧密结合而得到组织致密，性能优良的搅拌摩擦焊接头[12]。

整个焊接过程中，焊缝金属温度始终处于其熔点之下，从而避免了熔化焊带来的各种焊接缺陷[13]。