回填式搅拌摩擦点焊(Friction Stir Spot Welding,FSSW)是一种适用于轻合金连接的固相点焊技术,具有接头性能优良、成形美观、节能环保等优点,在轻量化设计领域具有广阔的应用前景。为了促进回填式FSSW技术在工业领域的应用,推动轻量化的发展,本文从回填式FSSW技术的原理出发进行了回填式FSSW设备的研发,并针对6061铝合金材料进行了工艺实验研究。对回填式FSSW的工艺进行了分析,确定了其主要的工艺参数。根据回填式FSSW搅拌头的功能,对搅拌头的材料进行了选择并确定了搅拌头的尺寸。通过下扎力测量实验得到设备所需提供的最大扎入力为20k N,并根据最大摩擦力理论计算得到设备所需提供的最大扭矩为45N?m,压紧力为20k N。确定了回填式FSSW设备的设计参数,为设备的设计奠定了基础。根据回填式FSSW设备各部件的运动特点,制定了机械结构设计方案和设计路线。采用中空滚珠丝杠和中空直驱伺服电机,实现了袖套和搅拌针的同轴运动。采用模块化的设计思想,完成了回填式FSSW设备机械结构的设计。利用Solid Works软件建立了设备的三维模型,并绘制了全套加工图纸,完成了相关零部件的加工和设备的整体装配。通过对控制对象进行分析,并结合回填式FSSW的工艺过程,提出了控制要求。对比目前主流的控制系统,选用PLC+触摸屏作为控制器,制定了控制系统方案。根据控制系统方案,完成了控制系统硬件的设计,搭建了电气控制柜。用模块化编程方法编写了控制系统程序,并完成了人机界面的设计。对回填式FSSW设备进行了测试,发现其满足设计要求。分别对6061铝合金、AZ91镁合金和黄铜进行了焊接实验,均得到了成形美观的焊点。针对6061铝合金,研究了回填式FSSW的焊点成形和微观组织,发现焊点横截面呈“盆状”,且焊点内部存在Hook和连接带形貌。根据晶粒大小,接头可分为搅拌区、热机影响区和热影响区。研究了工艺参数对接头拉剪性能的影响规律,发现随着转速、扎入深度和扎入/回填速度的增加,接头的拉剪失效载荷都呈先上升后下降的趋势。采用响应曲面法对2mm厚的6061-T6铝合金进行了工艺参数优化,得到的最佳工艺参数为:转速ω=1506r/min,扎入深度p=2.46mm,扎入/回填速度v=60.84mm/min,所获得的最优接头的拉剪失效载荷为7934N。