能源是一个国家赖以生存的物质财富,而对于中国这样一个领土面积大,能源分布不均的大国,对于能源的稳定运输一直是制约经济全面发展重要的一环。一般运输石油、天然气用的是管线钢管道,管线钢的焊接问题就随之而来。90年代从美国引进了自保护药芯焊丝半自动焊设备和工艺,成为目前我国管道建设的主流施工方法,但是这种方法焊接效率和质量与国外相比还是有差距。1991年英国焊接研究所发明了搅拌摩擦焊（FSW）,作为一种先进的固相焊接技术,正在成为世界范围内焊接技术工程化应用的热点。而国内对于管材搅拌摩擦焊这一技术和设备还处于空白。按照实验室研究方向、发展目标、科技人力资源现状对科研仪器设备的相关要求,以及2015-2017年国家重点实验室科研仪器设备相关工作的要求,课题组开展进行了专用仪器设备（管材搅拌摩擦焊机）的研制工作。本课题在确定管材搅拌摩擦焊机功能设计和性能指标的基础上,对焊机的机械系统、控制系统进行了设计。在机械系统方面,为了实现搅拌摩擦焊机对于管材环焊缝焊接的功能,分别从支撑系统、动力系统、搅拌头系统和液压系统四个部分进行结构设计,每个部分由不同的构件组成。机械设计部分围绕每个构件设计的原理以及它的功能展开,还对某些重要构件进行校核,以达到结构和功能设计的要求。针对搅拌摩擦焊机高精度控制的要求,控制部分采用SIEMENS公司的控制器;S7-300PLC作为主站,S120CU320作为从站,主站和从站之间通过现场总线PROFIBUS-DP通讯连接,完成本地闭环控制以及对远程I/O从站及操作台的实时控制。控制系统是搅拌摩擦焊机的“大脑”,采用高精度伺服电机,通过绝对值编码器的反馈,构成控制闭环,实现焊机搅拌头的上下进给、台架旋转、主轴旋转的控制,并进行数据采集和分析。在管材搅拌摩擦焊机上针对管线钢进行了一系列焊接实验,焊接材料为X65。研究X65的焊接工艺并分析了焊接参数（压下量、搅拌头旋转速度、进给速度）对焊缝成型的影响。对焊缝的宏观和微观组织形貌进行观察,分析各个区（母材、热影响区、焊核区）的焊缝组织,并进行硬度、拉伸和冲击试验来检验焊缝的力学性能。