超厚板铝合金型材搅拌摩擦焊焊接方法

摘要

超厚板铝合金型材搅拌摩擦焊焊接方法属于轨道车辆铝合金超厚板材的双面搅拌摩擦焊技术领域，该方法是针对厚度值达到84mm的铝合金厚板提出的双面预焊、双面对称设置预制孔、双面对称二次搅拌针插入及双面对称焊的固相连接FSW焊接新方法。本发明的方法不仅降低起焊点的锻压力，降低组对工装的生产制造难度和成本，提高焊接质量、精度和效率，还能有效克服闪缝、铝沫飞边阻挡视线等现象的发生，从而大幅提高搅拌摩擦焊的一次性全熔透加工的成功率，进而节约大量能源、资源和人力物力，提高生产效益，并创造可观的经济价值，其通过大量实践摸索总结出的最佳工艺参数指标，均系首创，效果理想。

权利要求

1.超厚板铝合金型材搅拌摩擦焊焊接方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：步骤一：进行焊接前的工件清洁处理：用酒精对拼接缝隙的起始端的25mm范围进行表面清洁；再用不锈钢钢丝刷打磨并去除工件拼接缝隙表面的氧化膜；

步骤二：进行焊接前的工件组对：将待组焊的两个铝合金厚板按焊接位置组对，使其二者拼接并形成缝隙，利用丝杠机构类的侧向顶紧夹具分别对两个工件的侧方顶紧，使待焊接的拼接缝隙的间隙值控制在0.5mm范围以内；

步骤三：采用如下的第一组工艺参数，从超厚板铝合金型材的正面焊缝的起始端开始进行搅拌摩擦焊的预焊作业：搅拌头的参数为：轴肩直径20mm；搅拌针长度10mm，搅拌针根部直径10mm，搅拌针端部直径6mm，搅拌针采用右旋型搅拌针；

机床加工参数为：焊接前倾角2.5度，沿焊缝方向的焊接速度为1000mm/min，转速为

1200rpm；搅拌针沿竖直轴向进给速率以及搅拌针沿竖直轴向抬升速率均为30mm/min；

当正面焊缝的预焊作业全部完成后，抬起搅拌头，并执行步骤四的预制孔加工作业：步骤四：采用如下的第二组工艺参数，从超厚板铝合金型材正面焊缝的起始端开始进行搅拌摩擦焊的预制孔设置过程：搅拌头的参数为：轴肩直径48mm；搅拌针长度43mm，搅拌针根部直径22mm，搅拌针端部直径11mm，搅拌针采用右旋型搅拌针；

机床加工参数为：焊接前倾角2.5度，沿焊缝方向的焊接速度为150mm/min，转速为

400rpm；

焊接起始端，起焊位置距离工件端部的距离大于轴肩直径48mm，焊接用搅拌头逆时针旋转，搅拌针以沿竖直轴向10mm/min的进给速率缓慢扎入，当轴肩刚接触待焊工件表面时，搅拌针开始以10mm/min的轴向进给速率缓慢抬起，并形成深度为43mm的预制孔；清理待焊工件表面溢出孔外周围的铝沫飞边后结束预制孔的设置过程，并执行步骤五的正面焊缝的正式焊接作业：步骤五：采用步骤四所述的搅拌头，采用如下的第三组工艺参数，从预制孔的位置开始，继续进行正面焊缝搅拌摩擦焊正式焊作业，其具体包括如下子步骤：步骤5.1：采用如下的第三组工艺参数进行正面焊缝搅拌摩擦焊正式焊作业的第一阶段：搅拌头的参数为：轴肩直径48mm；搅拌针长度43mm，搅拌针根部直径22mm，搅拌针端部直径11mm，搅拌针采用右旋型搅拌针；

机床加工参数为：焊接前倾角2.5度，沿焊缝方向的焊接速度为150mm/min，逆时针转速为400rpm；

当正面焊缝搅拌摩擦焊正式焊作业第一阶段进行至焊接焊缝长度达到300-500mm时，正面焊缝搅拌摩擦焊正式焊作业的第一阶段结束，并开始第二阶段：步骤5.2：正面焊缝搅拌摩擦焊正式焊作业的第二阶段：

启动水雾冷却系统，并继续按步骤5.1所述的第三组工艺参数对焊缝的剩余长度执行焊接作业，直至整条正面焊缝焊接完毕，将焊件自然冷却至室温；完成正面焊缝搅拌摩擦焊的全部正式焊作业；

步骤六：翻转工件，并用组对工装对两个焊件进行重新装夹定位，使与正面焊缝相对应的背面拼接缝隙置于正常的焊接姿态，并利用丝杠机构类的侧向顶紧夹具分别对两个工件的侧方顶紧，使待焊接的背面拼接缝隙的间隙值控制在0.5mm范围以内；

步骤七：进行背面焊缝焊接前的工件清洁处理：用酒精对拼接缝隙的起始端的25mm范围进行表面清洁；再用不锈钢钢丝刷打磨并去除工件拼接缝隙表面的氧化膜；

步骤八：从超厚板铝合金型材的背面焊缝的起始端开始进行搅拌摩擦焊的预焊作业，其背面焊缝的起始端位于步骤三所述正面焊缝起始端的正下方，所采用的工艺参数，与步骤三所述的第一组工艺参数完全相同；

步骤九：采用步骤四所述的第二组工艺参数，从超厚板铝合金型材背面焊缝的起始端开始进行搅拌摩擦焊的预制孔设置过程，在背面焊缝的起始端所形成的预制孔位于步骤四所述正面焊缝的预制孔的正下方；

步骤十：采用步骤五所述的第三组工艺参数和方法，从背面焊缝的预制孔位置开始，继续进行背面焊缝搅拌摩擦焊正式焊作业，直至整条背面焊缝焊接完毕，将焊件自然冷却至室温，完成整个超厚板铝合金型材正、背双面焊缝的搅拌摩擦焊全部焊接作业。

说明书

超厚板铝合金型材搅拌摩擦焊焊接方法

技术领域

[0001] 本发明属于轨道车辆铝合金超厚板材的双面搅拌摩擦焊技术领域，具体涉及一种超厚板铝合金型材搅拌摩擦焊焊接方法。

背景技术

[0002] 固相连接(Friction stir welding，FSW)是焊接领域公知的专用名词，搅拌摩擦焊是一项新进发展起来的固相连接技术，其搅拌摩擦焊的机床旋转部下端设有可以沿竖直轴线高速旋转的搅拌头，搅拌头的下端面设有轴肩，搅拌针同轴固连于轴肩的下方，形成类似钻床和钻头的转动机构。通过搅拌头带动搅拌针高速旋转，并用搅拌针的下端与焊缝两侧的工件表面同时转动摩擦，利用机床带动搅拌头和搅拌针沿焊缝前进，则随着搅拌针的旋转和搅拌挤压，所产生的摩擦热会使接缝处金属因摩擦热能产生塑性金属软化区，冷却后的熔化金属则形成FSW固相连接的焊接过程并形成焊缝。

[0003] 由于搅拌摩擦焊的焊接效率高、焊接变形小、其焊接接头强度高于传统的MIG焊(熔化极惰性气体保护焊，metal inert-gas welding)，并且制造成本较低，以及高效、节能、环保等特点，使其特别适合于轨道车辆的大尺寸铝合金板材焊缝的焊接，目前，基于搅拌摩擦焊的FSW固相连接技术已经成熟地应用于焊缝厚度值不大于35毫米的大尺寸轨道车辆铝合金接头的焊接领域。

[0004] 但是，现有的搅拌摩擦焊工艺仅能对厚度不超过35毫米铝合金板材焊缝的上端面进行单面熔透式FSW固相连接，而标准动车组车钩座部件所采用的6082-T4型铝合金厚板，其厚度值达到84mm，远远超出了现有常规搅拌摩擦焊技术所能处理的单面焊接厚度值极限。此外，即便按简单的方式直接将焊件翻转至反面，并对于超厚铝合金板材背面进行同样的搅拌摩擦焊，也会出现如下技术问题：

[0005] 问题一、为了保证搅拌摩擦焊的摩擦系数，搅拌头及其搅拌针需要在轴向旋转的同时，还对焊缝端面施加沿竖直旋转轴向的垂向挤压力，但在焊缝的起始端位置，由于搅拌头轴肩尚未接触到待焊件表面，搅拌针的摩擦力所产生的搅拌热量较少，此过程中的垂向挤压力会产生过大的锻压力，造成焊缝起始端搅拌针插入过程中铝合金板材的在过大的锻压力下产生凹陷变形，并使塌陷处的焊缝变宽，从而出现焊缝两端无法密贴的闪缝现象；

[0006] 问题二、为了尽量避免闪缝现象的出现，需要对待焊接的铝合金板材焊件进行高强度的固定定位和侧向顶紧，使其焊缝紧密贴合，此过程给装卡工序提出了较高要求，额外增加了对夹具设备的能要求，也增加了生产成本和装卡工序的劳动作业强度。

[0007] 问题三、当用搅拌摩擦焊方式沿着铝合金超厚板的焊缝焊接超过焊缝总长度的50％之后，由于已完成的焊缝吸收了大量热能，而且散热较慢，将导致焊接产生的热输入积聚，并致使焊缝尾端的铝合金板材工件发生严重的上翘变形，造成焊缝不平整、无法对齐，焊后工件尺寸及接头质量也无法满足标准要求

[0008] 问题四、当铝合金板材的厚度超过35毫米时，起焊位置的锻压力过大导致焊接程序中止，搅拌针挤压出来的铝沫碎屑附在起焊位置，操作者视线受阻，上述原因往往造成焊接程序被迫终止；

[0009] 问题五、当铝合金板材的厚度超过35毫米时，现有的搅拌摩擦焊工艺无法仅从上端面对焊缝完成一次性的完全熔透，造成焊接品质无法达到强度要求；

[0010] 问题六、由于焊缝的材质和焊缝的变形属性会因具体工况变化而各部相同，因此对搅拌摩擦而言，其对搅拌头和搅拌针的结构尺寸选型以及每次焊接时的垂向压力值、预焊接前倾角、正式焊接前倾角、焊针沿焊缝的平移速度、搅拌头转速等参数均需要根据每一种工况进行实际分析，尤其对于铝合金板材厚达到84mm的标准动车组车钩座部件而言，与其相对应的前述工艺控制参数完全空白，没有现成的经验和指标可以参考借鉴。

[0011] 因此，若能从大量的摸索和实践中总结出一套针对超厚铝合金板材的搅拌摩擦焊接工艺参数和控制方法，则必然对生产实践具有重要意义。

发明内容

[0012] 为了解决现有搅拌摩擦焊焊接方法仅适用于对厚度小于35毫米的铝合金板材进行仅针对其上端面的单面一次性熔透式FSW固相连接，而对于铝合金板材厚达到84mm的标准动车组车钩座部件而言，其对搅拌头和搅拌针的结构尺寸选型以及每次焊接时的垂向压力值、预焊接前倾角、正式焊接前倾角、焊针沿焊缝的平移速度、搅拌头转速以及水雾冷却系统的启动的恰当位置或启动时间等参数均没有现成的经验和指标可以参考借鉴，并由此造成装卡夹具成本高、装卡作业劳动强度大；焊缝焊接超过焊缝总长度的50％之后因热输入积聚而导致工件上翘变形难以消除；焊缝起始端搅拌针插入过程中铝合金板材在过大的锻压力下产生凹陷变形和闪缝现象；铝沫碎屑附在起焊位置，操作者视线受阻，影响焊接作业连贯性；以及仅针对其上端面的单面一次性搅拌摩擦焊无法完全熔透超厚板焊缝，造成FSW固相连接的焊接品质无法达到强度要求的技术问题，本发明提供一种超厚板铝合金型材搅拌摩擦焊焊接方法。

[0013] 本发明解决技术问题所采取的技术方案如下：

[0014] 本发明的超厚板铝合金型材搅拌摩擦焊焊接方法，其包括如下步骤：

[0015] 步骤一：进行焊接前的工件清洁处理：用酒精对拼接缝隙起始端的25mm范围进行表面清洁；再用不锈钢钢丝刷打磨并去除工件拼接缝隙表面的氧化膜；

[0016] 步骤二：进行焊接前的工件组对：将待组焊的两个铝合金厚板按焊接位置组对，使其二者拼接并形成缝隙，利用丝杠机构类的侧向顶紧夹具分别对两个工件的侧方顶紧，使待焊接的拼接缝隙的间隙值控制在0.5mm范围以内；

[0017] 步骤三：采用如下的第一组工艺参数，从超厚板铝合金型材的正面焊缝的起始端开始进行搅拌摩擦焊的预焊作业：

[0018] 搅拌头的参数为：轴肩直径20mm；搅拌针长度10mm，搅拌针根部直径10mm，搅拌针端部直径6mm，搅拌针采用右旋型搅拌针；

[0019] 机床加工参数为：焊接前倾角2.5度，沿焊缝方向的焊接速度为1000mm/min，转速为1200rpm；搅拌针沿竖直轴向进给速率以及搅拌针沿竖直轴向抬升速率均为30mm/min；

[0020] 当正面焊缝的预焊作业全部完成后，抬起搅拌头，并执行步骤四的预制孔加工作业：

[0021] 步骤四：采用如下的第二组工艺参数，从超厚板铝合金型材正面焊缝的起始端开始进行搅拌摩擦焊的预制孔设置过程：

[0022] 搅拌头的参数为：轴肩直径48mm；搅拌针长度43mm，搅拌针根部直径22mm，搅拌针端部直径11mm，搅拌针采用右旋型搅拌针；

[0023] 机床加工参数为：焊接前倾角2.5度，沿焊缝方向的焊接速度为150mm/min，转速为400rpm；

[0024] 焊接起始端，起焊位置距离工件端部的距离大于轴肩直径48mm，焊接用搅拌头逆时针旋转，搅拌针以沿竖直轴向10mm/min的进给速率缓慢扎入，当轴肩刚接触待焊工件表面时，搅拌针开始以10mm/min的轴向进给速率缓慢抬起，并形成深度约43mm的预制孔；清理待焊工件表面溢出孔外周围的铝沫飞边后结束预制孔的设置过程，并执行步骤五的正面焊缝的正式焊接作业：

[0025] 步骤五：采用步骤四所述的搅拌头，采用如下的第三组工艺参数，从预制孔的位置开始，继续进行正面焊缝搅拌摩擦焊正式焊作业，其具体包括如下子步骤：

[0026] 步骤5.1：采用如下的第三组工艺参数进行正面焊缝搅拌摩擦焊正式焊作业的第一阶段：

[0027] 搅拌头的参数为：轴肩直径48mm；搅拌针长度43mm，搅拌针根部直径22mm，搅拌针端部直径11mm，搅拌针采用右旋型搅拌针；

[0028] 机床加工参数为：焊接前倾角2.5度，沿焊缝方向的焊接速度为150mm/min，逆时针转速为400rpm；

[0029] 当正面焊缝搅拌摩擦焊正式焊作业第一阶段进行至焊接焊缝长度达到300-500mm时，正面焊缝搅拌摩擦焊正式焊作业的第一阶段结束，并开始第二阶段：

[0030] 步骤5.2：正面焊缝搅拌摩擦焊正式焊作业的第二阶段：

[0031] 启动水雾冷却系统，并继续按步骤5.1所述的第三组工艺参数对焊缝的剩余长度执行焊接作业，直至整条正面焊缝焊接完毕，将焊件自然冷却至室温；完成正面焊缝搅拌摩擦焊的全部正式焊作业；

[0032] 步骤六：翻转工件，并用组对工装对两个焊件进行重新装夹定位，使与正面焊缝相对应的背面拼接缝隙置于正常的焊接姿态，并利用丝杠机构类的侧向顶紧夹具分别对两个工件的侧方顶紧，使待焊接的背面拼接缝隙的间隙值控制在0.5mm范围以内；

[0033] 步骤七：进行背面焊缝焊接前的工件清洁处理：用酒精对拼接缝隙的起始端的25mm范围进行表面清洁；再用不锈钢钢丝刷打磨并去除工件拼接缝隙表面的氧化膜；

[0034] 步骤八：从超厚板铝合金型材的背面焊缝的起始端开始进行搅拌摩擦焊的预焊作业，其背面焊缝的起始端位于步骤三所述正面焊缝起始端的正下方，所采用的工艺参数，与步骤三所述的第一组工艺参数完全相同；

[0035] 步骤九：采用步骤四所述的第二组工艺参数，从超厚板铝合金型材背面焊缝的起始端开始进行搅拌摩擦焊的预制孔设置过程，在背面焊缝的起始端所形成的预制孔位于步骤四所述正面焊缝预制孔的正下方；

[0036] 步骤十：采用步骤五所述的第三组工艺参数和方法，从背面焊缝的预制孔位置开始，继续进行背面焊缝搅拌摩擦焊正式焊作业，直至整条背面焊缝焊接完毕，将焊件自然冷却至室温，完成整个超厚板铝合金型材正、背双面焊缝的搅拌摩擦焊全部焊接作业。

[0037] 本发明的有益效果是：本发明依据大量的实际经验总结，分别给出了针对超厚板铝合金型材正、背双面焊缝的搅拌摩擦焊作业的工艺步骤和最佳工艺控制参数。其中，在正面或背面焊缝的第一次焊接均采用给定的特殊参数进行快速预焊，由于对焊缝表面采取了同为搅拌摩擦焊的快速预热技术，使得焊缝表面预热升温，从而可以在后续的正式焊接过程中形成更深的焊池，达到对单面焊缝的半熔透效果。

[0038] 在正面或背面焊缝的正式焊接之前，均在焊缝的起始端设置预制孔，其相当于起焊位置待焊工件厚度变薄，从而大大降低焊接起始的锻压力，并克服旧有搅拌摩擦焊技术中由于搅拌头轴肩尚未接触到待焊件表面，搅拌针的摩擦力所产生的搅拌热量较少，此过程中的垂向挤压力会产生过大的锻压力，造成焊缝起始端搅拌针插入过程中铝合金板材在过大的锻压力下产生凹陷变形，并使塌陷处的焊缝变宽，从而出现焊缝两端无法密贴的闪缝现象的固有难题，同时，预制孔的设置还可以有效降低组对工装的额定侧顶紧压力等级和组对精度，进而降低组对工装的生产制造难度和成本，并避免焊缝前方的组对间隙边焊边变大，乃至通过工装设计强化侧顶力也无法保证可焊间隙的问题发生；预制孔布置完成后，通过及时清理工件表面溢出孔外周围的铝沫飞边，可减少搅拌针在预制孔位置挤压出来的金属屑附在起焊位置的情况发生，操作者视线不易受阻，才使后续的焊接程序得以顺利继续。

[0039] 工件翻转前后，其两次拼接和起焊位置均完全相同，搅拌摩擦焊加工参数和焊接方向也完全一致，从而实现焊接应力和热缩变形完全反向抵消，搅拌摩擦焊工艺所采用搅拌头为右旋型式，机床转轴均为逆时针旋转；目的是实现双面对称焊缝的前进侧与后退侧的合理布置，从而可有效提高焊接接头的抗拉强度8-10％。

[0040] 在加工预制孔、预焊接以及正式焊接的各环节中，搅拌针沿竖直轴向进给速率是经大量的实际经验总结和摸索而获得的最佳速率值，其综合考虑了搅拌针的消耗速率、焊缝热塑变形熔池的可达深度、散热速率、焊后防变形效果以及搅拌针对工件表面施加的轴向压力值，在此进给速率下，焊缝可以完全避免闪缝问题的发生，同时有效保证搅拌头不损坏。

[0041] 正面焊缝通过预焊和正式焊两大环节，率先完成的焊缝实现了半熔透效果，从而为后续的背面焊缝焊接达成完全熔透焊接效果做好必要的基础条件；同时，所完成的正面焊缝的正式焊接作业，同样可以起到对背面焊缝的预组对效果，从而可以有效降低组对工装的额定侧顶紧压力等级和组对精度，进而降低组对工装的生产制造难度和成本。

[0042] 此外，水雾冷却系统的启动时机也是有大量实践摸索总结得出，水雾冷却系统在该启动时机下启动，可以保证焊缝热塑区域有足够焊接热输入，达到焊接接头半熔透效果，同时又使多余的焊接热量可以及时通过水雾系统散热消除，从而有效防止焊缝在后续的焊缝正式焊作业中出现热量累积，焊缝结束端工件上翘变形。

[0043] 针对厚度值达到84mm的6082-T4型标准动车组车钩座部件铝合金厚板无法通过常规的搅拌摩擦焊达成单面全熔透焊，即便按简单的方式直接将焊件翻转至反面，并对于超厚铝合金板材背面进行同样的搅拌摩擦焊，也无法达成双面熔透焊的技术问题，本方法所提出的双面预焊、双面对称设置预制孔、双面对称二次搅拌针插入及双面对称焊的固相连接FSW焊接新方法可以实现针对厚度值达到84mm的6082-T4型标准动车组车钩座部件铝合金厚板的双面全熔透FSW焊接。该方法不仅降低起焊点的锻压力，降低组对工装的生产制造难度和成本，提高焊接质量、精度和效率，还能有效克服闪缝、铝沫飞边阻挡视线等现象的发生，从而大幅提高搅拌摩擦焊的一次性全熔透加工的成功率，进而节约大量能源、资源和人力物力，提高生产效益，并创造可观的经济价值。其通过大量实践摸索总结出的最佳工艺参数指标，均系首创，效果理想。

[0044] 此外，该超厚板铝合金型材搅拌摩擦焊焊接方法还具有操作方便，成本低廉，便于推广普及等优点。

具体实施方式

[0045] 下面对本发明做进一步详细说明。

[0046] 本发明的超厚板铝合金型材搅拌摩擦焊焊接方法包括如下步骤：

[0047] 步骤一：进行焊接前的工件清洁处理：用酒精对拼接缝隙的起始端的25mm范围进行表面清洁；再用不锈钢钢丝刷打磨并去除工件拼接缝隙表面的氧化膜；

[0048] 步骤二：进行焊接前的工件组对：将待组焊的两个铝合金厚板按焊接位置组对，使其二者拼接并形成缝隙，利用丝杠机构类的侧向顶紧夹具分别对两个工件的侧方顶紧，使待焊接的拼接缝隙的间隙值控制在0.5mm范围以内；

[0049] 步骤三：采用如下的第一组工艺参数，从超厚板铝合金型材的正面焊缝的起始端开始进行搅拌摩擦焊的预焊作业：

[0050] 搅拌头的参数为：轴肩直径20mm；搅拌针长度10mm，搅拌针根部直径10mm，搅拌针端部直径6mm，搅拌针采用右旋型搅拌针；

[0051] 机床加工参数为：焊接前倾角2.5度，沿焊缝方向的焊接速度为1000mm/min，转速为1200rpm；搅拌针沿竖直轴向进给速率以及搅拌针沿竖直轴向抬升速率均为30mm/min；

[0052] 当正面焊缝的预焊作业全部完成后，抬起搅拌头，并执行步骤四的预制孔加工作业：

[0053] 步骤四：采用如下的第二组工艺参数，从超厚板铝合金型材正面焊缝的起始端开始进行搅拌摩擦焊的预制孔设置过程：

[0054] 搅拌头的参数为：轴肩直径48mm；搅拌针长度43mm，搅拌针根部直径22mm，搅拌针端部直径11mm，搅拌针采用右旋型搅拌针；

[0055] 机床加工参数为：焊接前倾角2.5度，沿焊缝方向的焊接速度为150mm/min，转速为400rpm；

[0056] 焊接起始端，起焊位置距离工件端部的距离大于轴肩直径48mm，机床带动搅拌头逆时针旋转，搅拌针以沿竖直轴向10mm/min的进给速率缓慢扎入，当轴肩刚接触待焊工件表面时，搅拌针开始以10mm/min的轴向进给速率缓慢抬起，并形成深度约43mm的预制孔；清理待焊工件表面溢出孔外周围的铝沫飞边后结束预制孔的设置过程，并执行步骤五的正面焊缝正式焊接作业：

[0057] 步骤五：采用步骤四所述的搅拌头，采用如下的第三组工艺参数，从预制孔的位置开始，继续进行正面焊缝搅拌摩擦焊正式焊作业，其具体包括如下子步骤：

[0058] 步骤5.1：采用如下的第三组工艺参数进行正面焊缝搅拌摩擦焊正式焊作业的第一阶段：

[0059] 搅拌头的参数为：轴肩直径48mm；搅拌针长度43mm，搅拌针根部直径22mm，搅拌针端部直径11mm，搅拌针采用右旋型搅拌针；

[0060] 机床加工参数为：焊接前倾角2.5度，沿焊缝方向的焊接速度为150mm/min，逆时针转速为400rpm；

[0061] 当正面焊缝搅拌摩擦焊正式焊作业第一阶段进行至焊接焊缝长度达到300-500mm时，正面焊缝搅拌摩擦焊正式焊作业的第一阶段结束，并开始第二阶段：

[0062] 步骤5.2：正面焊缝搅拌摩擦焊正式焊作业的第二阶段：

[0063] 启动水雾冷却系统，并继续按步骤5.1所述的第三组工艺参数对焊缝的剩余长度执行焊接作业，直至整条正面焊缝焊接完毕，将焊件自然冷却至室温；完成正面焊缝搅拌摩擦焊的全部正式焊作业；

[0064] 本步骤依据大量的实际经验总结，给出了正面焊缝正式焊作业的最佳工艺控制参数，实施本步骤的方案以后，其所完成的焊缝实现了半熔透效果，从而为后续的背面焊缝焊接达成完全熔透焊接效果做好必要基础条件；同时，本步骤所完成的正面焊缝的正式焊接作业，同样可以起到对背面焊缝的预组对效果，从而可以有效降低组对工装的额定侧顶紧压力等级和组对精度，进而降低组对工装的生产制造难度和成本，此外，水雾冷却系统的启动时机也是有大量实践摸索总结得出，水雾冷却系统在该启动时机下启动，可以即保证焊缝热塑区域有足够焊接热输入，达到焊接接头半熔透效果，同时又使多余的焊接热量可以及时通过水雾系统散热消除，从而有效防止焊缝在后续的焊缝正式焊作业中出现热量累积，焊缝结束段工件上翘变形。

[0065] 步骤六：翻转工件，并用组对工装对两个焊件进行重新装夹定位，使与正面焊缝相对应的背面拼接缝隙置于正常的焊接姿态，并利用丝杠机构类的侧向顶紧夹具分别对两个工件的侧方顶紧，使待焊接的背面拼接缝隙的间隙值控制在0.5mm范围以内；

[0066] 步骤七：对翻转后的背面拼接缝隙重新按照步骤四至步骤五所述方法执行搅拌摩擦焊接作业；

[0067] 进行背面焊缝焊接前的工件清洁处理：用酒精对拼接缝隙的起始端的25mm范围进行表面清洁；再用不锈钢钢丝刷打磨并去除工件拼接缝隙表面的氧化膜；

[0068] 步骤八：从超厚板铝合金型材的背面焊缝的起始端开始进行搅拌摩擦焊的预焊作业，其背面焊缝的起始端位于步骤三所述正面焊缝起始端的正下方，所采用的工艺参数，与步骤三所述的第一组工艺参数完全相同；

[0069] 步骤九：采用步骤四所述的第二组工艺参数，从超厚板铝合金型材背面焊缝的起始端开始进行搅拌摩擦焊的预制孔设置过程，在背面焊缝的起始端所形成的预制孔位于步骤四所述正面焊缝预制孔的正下方；

[0070] 步骤十：采用步骤五所述的第三组工艺参数和方法，从背面焊缝的预制孔位置开始，继续进行背面焊缝搅拌摩擦焊正式焊作业，直至整条背面焊缝焊接完毕，将焊件自然冷却至室温，完成整个超厚板铝合金型材正、背双面焊缝的搅拌摩擦焊全部焊接作业。

[0071] 本步骤依据大量的实际经验总结，给出了背面焊缝正式焊作业的最佳工艺控制参数，实施本步骤的方案以后，背面焊缝可以顺利达成完全熔透的FSW焊接效果；此外，本步骤所完成的背面焊缝的正式焊接作业，可以有效降低组对工装的额定侧顶紧压力等级和组对精度，进而降低组对工装的生产制造难度和成本，并有效防止焊缝在焊接过程中或冷却以后出现上翘变形。