早在1956年，人们就发明了摩擦焊，与传统的熔焊相比，具有良好焊接性能的摩擦焊在金属焊接领域更胜一筹。随着工业技术的飞速发展，摩擦焊也展现了其广阔的前景，同时各类金属在焊接过程中的变化也成为了课题之一。

摩擦焊是指利用工件接触面的高速摩擦产生的热量，使工件产生塑性变形并且在压力的作用下通过界面的分子扩散和再结晶实现焊接的焊接方法。

钛合金是20世纪中叶发展起来的一种重要结构金属，由于其良好的强度、耐热性和耐腐蚀性，钛合金在航空航天中发挥着重要作用。[1]

搅拌摩擦焊是指利用焊具与工件表面摩擦产生的热量使工件局部塑性化，并在焊具的挤压下形成致密的焊缝将两块工件焊接在一起的焊接方法。

搅拌摩擦焊是一种新兴的焊接技术，这种杰出的焊接技术目前在工业制造领域大放异彩。在国外，搅拌摩擦焊已经在诸如船舶制造领域，航空航天领域，汽车工业领域都达到了工业化，规模化的程度。如在1996年，挪威的MARINE公司就成功应用到铝合金快速舰船的甲板、侧板等结构件的流水线制造，与传统产品相比，搅拌那摩擦焊生产的结构件造价更加低廉，力学性能更加稳定；在1999年，波音公司的应用搅拌摩擦焊制造的DELTA#8194;II型和IV型火箭已经成功发射升空，利用搅拌摩擦焊生产的火箭外壳在太空中也有更好的表现。

在国内，早在1996，以中航工业北京航空制造工程研究所为代表的科研机构就开始了搅拌摩擦焊的探索性研究，2002年，北京航空制造工程研究所与英国焊接研究所合作成立中国搅拌摩擦焊中心。20多年来，国内已经有30多家单位获得了相关专利的使用权，在国家的支持下，搅拌摩擦焊在国内的研究与应用逐渐展开；目前，国内诸如航天工程装备（苏州）有限公司，孚斯威科技发展（北京）有限公司，广东柳泰焊接科技有限公司等公司都充分运用了搅拌摩擦焊。[2,3,4]

搅拌摩擦焊自1991年发明以来，已经用于各类金属的焊接，包括各类镁合金，铜合金，铝合金和铸铁，一些高熔点的金属，比如铁和奥氏体钢也成功通过搅拌摩擦焊焊接，然而由于钛合金熔点过高、工具的局限性等原因，钛合金的搅拌摩擦焊仍处在发展阶段。[5,6,7,8]钛合金搅拌摩擦焊的物理场仿真可以帮助我们更好地把握钛合金在焊接过程中的相变和流动[9]。

本课题的目的是研究钛合金在摩擦焊过程中的的各种物理场的分布，[10,11,12,13,14]在此次课题的研究中，所使用的是搅拌摩擦焊（FSW）。此次课题主要从钛合金的微观相变入手，通过相变的产生到对钛合金的性能的影响来反映物理场的变化，最后得出相关结论。[15,16,17,18,19,20]

2. 研究的基本内容与方案

本课题主要分为三部分：