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为解决传统熔焊高能耗、高排放、耗材多等问题，研究人员综述了搅拌摩擦焊技术（FSWBTs）在可持续制造中的应用。结果表明，FSWBTs 可减少排放、能耗及耗材，提升材料利用率，为清洁生产提供重要支撑。
在全球制造业向绿色化、低碳化转型的浪潮中，传统熔焊技术正面临严峻挑战。这类技术不仅需要高温熔化材料，消耗大量能源，还会产生有害气体、烟尘等污染物，同时依赖填充材料、保护气体等耗材，造成资源浪费和环境负担。如何在保证制造质量的前提下，降低能耗、减少污染、提高资源利用率，成为制造业可持续发展的关键课题。在此背景下，搅拌摩擦焊技术（FSWBTs）作为一种固态连接与加工技术，逐渐走进人们的视野，其在可持续制造中的潜力亟待深入探索。
研究人员在《Journal of Materials Research and Technology》发表的综述，系统梳理了搅拌摩擦焊技术（FSWBTs）在可持续制造领域的应用与价值。该研究涵盖了 FSWBTs 的基本原理、工业应用、可持续性贡献等方面，证实了其在降低环境影响、提升能源效率、促进资源循环等方面的显著优势，为制造业向清洁、高效、可持续方向转型提供了重要参考。
研究主要采用了文献综述与分析的方法，通过梳理大量关于搅拌摩擦焊（FSW）、摩擦搅拌加工（FSP）、摩擦搅拌增材制造（FSAM）等技术的研究成果，总结其在操作原理、工艺优化、工业应用等方面的特点；同时，对比传统熔焊技术，分析 FSWBTs 在环境、能源、材料等方面的可持续性表现，并探讨其在电动交通、可再生能源等领域的应用案例。
一、可持续制造的核心内涵
可持续制造（SM）是一种整合经济效率、环境责任和社会福祉的系统性生产方法，旨在通过减少环境影响、节约能源与自然资源，同时保障员工、社区和消费者安全，实现工业增长、生态保护与社会公平的平衡。其关键策略包括减少废弃物与排放、采用可再生能源、践行循环经济原则（如回收和再制造）等，对实现长期工业和经济可持续发展目标至关重要。
二、FSWBTs 的基本原理与分类
FSWBTs 是一系列基于搅拌摩擦焊原理发展而来的固态连接与加工技术，主要包括搅拌摩擦焊（FSW）、摩擦搅拌加工（FSP）和摩擦搅拌增材制造（FSAM）。
- FSW 通过非消耗性旋转工具产生摩擦热，使材料塑性变形并实现连接，适用于铝合金等材料的接合，可形成搅拌区（SZ）、热机影响区等特征微观结构区域。
- FSP 基于类似原理，用于材料局部微观结构和性能的改性，通过剧烈塑性变形和摩擦加热实现晶粒细化等，提升材料硬度、耐磨性等性能。
- FSAM 将搅拌摩擦原理应用于增材制造，通过逐层固态沉积材料，避免传统熔基增材技术的气孔、热裂纹等缺陷，实现高质量构件的制造。
工具设计对 FSWBTs 效果至关重要，工具通常由肩部和销钉组成，肩部负责产生大部分摩擦热和锻造压力，销钉则主导材料流动与混合，其几何参数（如肩部直径、销钉形状等）直接影响焊接质量。
三、FSWBTs 的可持续制造特性
环境效益
FSWBTs 显著减少有害排放，因在低于材料熔点的温度下操作，大幅降低或消除了传统熔焊产生的烟雾、气体和颗粒物（如六价铬、镍等致癌物）；完全消除了填充材料、保护气体等耗材，减少了其生产、运输等环节的环境影响；提高材料利用率（如 FSAM 利用率超 95%），促进资源节约，同时提升产品生命周期性能，如延长疲劳寿命、增强耐腐蚀性，减少维护和更换需求。
能源效率
FSWBTs 能耗显著低于传统熔焊，因操作温度低（为材料熔点的 60-80%），且能量转换效率高（60-80% 的机械能直接转化为热能）；单道次可焊接厚截面材料（如铝合金板达 50mm），减少加工步骤和时间（比熔焊减少 40-75%），结合自动化提升的一致性，降低返工能耗，进一步提高能效。
废弃物减少与可回收性
FSWBTs 无需耗材，减少了相关废弃物产生；通过摩擦搅拌挤压（FSE）、摩擦搅拌固结（FSC）等技术，可直接回收铝合金切屑、废料等，转化为焊丝或构件，如 FSC 比传统重熔回收减少约 43% 的一次能源需求，促进循环经济。
四、FSWBTs 在可持续制造行业的应用
- 电动汽车领域：用于电池托盘、电机外壳等关键部件的连接，如 KUKA 的机器人搅拌摩擦焊系统生产低能耗电池外壳，本田将其用于车辆副车架等部件，实现减重和性能提升。
- 电动交通领域：应用于电池外壳、热交换器、电机壳体等，通过连接轻质材料（如铝、铜），提升车辆效率和性能。
- 可再生能源领域：用于风电叶片、太阳能电池板框架的制造，如 TWI 与 Sunlit Sea AS 合作开发的搅拌摩擦焊技术，用于浮式太阳能装置，适应海洋环境需求。
- 回收领域：通过 FSE 将铝合金切屑制成焊丝，AFSD 技术回收金属废料，实现资源循环利用。
五、最大化 FSWBTs 的可持续制造潜力
- 工具设计与工艺优化：选择合适的工具材料（如聚晶立方氮化硼 PCBN、钨铼合金等），优化工具几何参数（如销钉形状、肩部设计），提升工具寿命和能效。
- 工艺参数优化：通过实验设计（DOE）、响应面法（RSM）、人工智能等方法，优化旋转速度、行进速度等参数，平衡焊接质量与能耗。
- 策略辅助的 FSWBTs：采用超声振动辅助、激光辅助、中间层辅助等技术，改善异种材料连接性能，减少热梯度和缺陷。
六、FSWBTs 与工业 4.0 的融合
将传感器、云计算、大数据分析、数字孪生等工业 4.0 技术与 FSWBTs 结合，实现实时监测、预测性维护、自适应参数调整等，提升过程稳定性和资源利用率，进一步增强其可持续性。
结论与意义
该综述证实，搅拌摩擦焊技术（FSWBTs）通过减少排放、降低能耗、提高材料利用率、促进资源回收等，在可持续制造中发挥着关键作用。其在电动汽车、可再生能源等领域的成功应用，验证了其工业化价值。未来通过工具与工艺优化、与数字技术融合等，FSWBTs 有望成为推动制造业绿色转型的核心技术之一，为实现全球清洁生产和可持续发展目标提供有力支撑。
