CN104114315A - 将具有弧形表面的材料固定就位以用于摩擦搅拌焊接或加工的系统和方法 - Google Patents

Abstract

一种将摩擦搅拌加工材料固定就位在具有弧形表面的基层上以采用固态工艺将摩擦搅拌加工材料混合到曲面基层中的系统和方法，其中所述系统包括选择将摩擦搅拌加工材料结合至基层的多种机械装置中的一种，其使得所进行的摩擦搅拌加工是经济的、有效的和安全的。

Description

将具有弧形表面的材料固定就位以用于摩擦搅拌焊接或加工的系统和方法

技术领域

本发明一般涉及摩擦搅拌加工。更具体地，本发明是用于使用固态方法使摩擦搅拌加工材料能够被混合在弧形基层中的方法和系统，其中所述方法公开了将摩擦搅拌加工材料夹持或牢固地固定就位同时将其摩擦搅拌加工到弧形基层中的各种方法。

背景技术

摩擦搅拌焊接(下文中“FSW”)是为了焊接金属和金属合金而开发的技术。FSW方法通常涉及通过转动搅拌销或轴将两个邻接的工件啮合在接头的任一侧上。施加驱动力迫使轴和工件靠在一起，并且由轴和工件之间的相互作用引起的摩擦热导致材料在接头的任一侧上的塑化。轴沿着接头穿过，当其前进时将材料塑化，并且紧随前进的轴被塑化的材料冷却以形成焊缝。

图1为用于摩擦搅拌焊接的工具的透视图，其特征在于一般为圆柱形的工具10，其具有肩部12和从肩部向外延伸的销14。销14相对于工件16转动直至产生充足热量，在此点上的工具销被插入到塑化工件材料中。工件16通常为在接线18处对接在一起的两片或两块材料板。销14在接线18处被插入工件16中。

由销14相对于工件材料16的旋转运动引起的摩擦热导致工件材料在没有达到熔点的情况下软化。沿着接线18横切地移动工具10，由此随着塑化材料围绕销从前沿向尾端流动时产生焊缝。结果是在接线18处的固相粘合20，与其它焊缝比较，其可能一般与工件材料16本身是不易区别的。

可观察的是，当肩部12接触到工件的表面时，其转动产生附加的摩擦热量，该热量将围绕被插入的销14的较大的圆形柱状物材料塑化。肩部12提供了包含由工具销14导致的向上金属流动的锻造力。

在FSW期间，被焊接的区域和工具互相相对移动，使得工具穿过期望的长度的焊缝。转动的FSW工具提供了连续的热加工作用，随着其横向沿着基底金属移动，在狭窄的区域中将金属塑化，同时将金属从销的前面输送到其尾端。随着焊接区域冷却，由于随着工具经过没有产生液体，一般不存在凝固。一般但不总是这样的情况，即得到的焊件是形成在焊接区域内的无缺陷、再结晶的微晶粒的微观结构。

以前的专利文件教导了能够用以前认为是功能上不可焊接的材料来实施摩擦搅拌焊接的优势。一些这样的材料为非融合可焊接的，或者只是难于完全焊接。这些材料包括。例如金属基复合物、比如钢和不锈钢的铁合金，和有色材料。另一个也能利用摩擦搅拌焊接的材料类别是超合金。超合金可以是具有较高熔化温度的青铜或铝的材料，并且可以具有也混合在内的其它元素。一些超合金的实例为一般在大于1000度F的温度下使用的镍、铁镍和钴基合金。通常在超合金中发现的附加元素包括但不限于铬、钼、钨、铝、钛、镍、钽和铼。

注意到钛对于摩擦搅拌焊件也是期望的材料。钛是有色材料，但是具有比其它有色材料更高的熔点。

以前的专利教导的是需要用比摩擦搅拌焊接的材料更高熔化温度的材料形成的工具。在一些实施方案中，在工具中使用了超硬磨料。

本发明的实施方案一般涉及这些功能上不可焊接的材料，以及超合金，并且在下文中贯穿该文件被称作“高熔化温度材料”(HMTM)。然而，本发明的原理也适用于低熔化温度材料，比如被认为是部分高熔化温度材料的铝和其它金属和金属合金。

FSW技术中最近的进展产生了在摩擦搅拌焊接的固态接合加工期间能够用以将比如钢和不锈钢的高熔化温度材料接合在一起的工具。

如前面所述阐述，该技术涉及使用特殊的摩擦搅拌焊接工具。图2示出了多晶立方氮化硼(PCBN)的尖部30、锁环32、避免移动的热电偶固定螺钉34和柄部36。该工具的其它设计也在发明人的现有技术中示出，并包括整体式工具和其它设计。

当使用该摩擦搅拌焊接工具时，其在各种材料的摩擦搅拌焊接中都有效。该工具的设计当使用除了PCBN和PCD(多晶金刚石)的各种工具尖部材料时也是有效的。一些这些材料包括比如钨、铼、铱、钛、钼等的难熔材料。

发明人是开发与高熔化温度合金比如钢、不锈钢、镍基合金和很多其它金属一起使用的摩擦搅拌焊接技术的领导者。该技术经常需要使用多晶立方氮化硼工具，液体冷却工具固定器、温度获得系统和合适的设备从而具有可控制的摩擦搅拌焊接加工。

一旦该技术作为用于接合这些材料的更好方法被建立，MegaStirTechnologies LLC公司就开始寻找能够很大地从该技术获益的应用。对于摩擦搅拌焊接(FSW)的一个最大应用是接合比如管道的弧形表面。

将先进的高强度钢(AHSS)制成管道，因为需要较少材料，获得较高强度性能，并且可以降低总管道成本。使用AHSS的困难在于使用传统的融合焊接方法。在产业中可以接受的是每个管道的接合包括缺陷或裂纹。这些缺陷被接受，因为即使使用复杂的自动融合焊接系统，其也不能被消除。焊接AHSS比现有的管道钢更加困难得多，因为材料的成分固有地产生更多的融合焊接缺陷。

FSW现在已经成为接合管段的可行技术。已经开发了用于接合管段的摩擦搅拌焊接机械。转动工具随着其产生摩擦热量而插入到接头中。一旦工具插入到工件的横截面中，将工具围绕管道作圆周行进，同时接头被“搅拌”在一起。然后将FSW工具收回并且将机械沿着管道移动到下一个管道接头从而进行摩擦搅拌焊接。

在HMTM的FSW期间的最近的一个观察结果为在加工期间围绕工具流动的材料可能被改变，从而具有比被接合的基底材料更细的晶粒结构。在一些高熔化温度合金中该接头性能可能被进一步提高，因为在被搅拌材料的温度下的非常短的加工时间可产生更快的淬火和更高的硬度，一些在任何已知的热处理方法中不能获得的性能。这些观察结果已经产生在下文中将被称作摩擦搅拌加工(FSP)的新技术。

特定的HMTM可以被摩擦搅拌加工，从而具有非常高的硬度和韧性，这是通过在FSP期间同时改善晶粒结构和溶液硬化材料而获得的。对于该创新材料加工方法存在未授权的专利以及在著名杂志中发表的文章，其描述了该发明背后的技术。FSP在石油和天然气工业、原子能工业、汽车工业、航空工业和建筑工业中产生了极大兴趣，因为其可被用于极大提高材料的硬度和韧性。在该技术之前，没有已知的方法在一种材料中同时获得这些性能。例如，FSP可以产生具有碳化钨硬度的一种材料或材料的局部部分，同时保持低碳钢的柔韧性。利用该技术被销售的商品的一个实例为“FRICTION FORGED”的手持刀片。该刀片利用FSP技术并具有数据和出版物，以示出其怎样比世界上所有其它刀片更好的锋利度、硬度和韧性。

已经开发了使用典型的FSW设备和工具作业方法的FSP。目前或用于研究或用于生产的实现FSW的大多数设备一般为接合扁平截面。其一些实例包括船舶甲板、火车和地面、热交换器和扁平面板接合。施加在FSW工具上的负载一般为轴向方向上的几吨和高达轴向力的50％的横向工具驱动力。在与平直板材和平直截面的加工中，工件可以通过商业上可得到的夹具来固定，该夹具可以被螺丝固定至桌子上。这些夹具可以或机械或液压紧固。由于FSW是更像传统金属加工的机加工，这些传统夹具可很好工作。在一些情况下，需要附加的夹具，因为对于具有更厚截面的FSW需要增大工具载荷。

在该文件中，FSP指的是任何固态的接合方法。没有商业可行的固定或夹持系统可适于用在FSP的弯曲或弧形表面上。可设计和制造传统夹持系统，其利用特定的弧形工作台并附带在平面产品中使用的相同的夹持系统，然而，这些系统不实用，因为其可能不适合于变化的半径或复杂的弧形表面。

另外，FSP通常需要连接至或覆盖在另一种材料的弧形表面的一种或多种材料类型，以及增加成本和浪费的后加工需要。这不仅使怎样将底座工具固定以抵抗FSP工具加工负荷而且使位于其表面上的材料进一步复杂化。而且，待摩擦搅拌加工在底座工件上的材料的热膨胀通常与底座工件材料不同，并且将材料固定就位必需考虑热膨胀的差异。因此需要创造性和创新的方法，从而经济地将材料固定就位在待摩擦搅拌加工的弧形表面上。

发明内容

本发明的目的是提供使得具有平直或弧形的表面的材料能够相对于同样具有平直或弧形表面的基层被固定就位，从而进行摩擦搅拌加工的方法。

本发明是一种将摩擦搅拌加工材料固定就位在具有弧形表面的基层上以采用固态工艺将摩擦搅拌加工材料混合到曲面基层中的系统和方法，其中所述系统包括选择将摩擦搅拌加工材料结合至基层的多种机械装置中的一种，其使得所进行的摩擦搅拌加工是经济的、有效的和安全的。

从对下面结合所附附图的详细描述中，本发明的这些和其它目的、特点、优势和替代方面对于本领域技术人员而言将变得显而易见。

附图说明

图1为在现有技术中教导的摩擦搅拌焊接工具的透视图。

图2为可移除的多晶立方氮化硼尖端、锁环和柄部的透视图。

图3为显示FSP材料是怎样插入到FSP基层的凹口中，使得FSP材料与基层齐平的概念的透视图。

图4为显示在将FSP材料固定在管道上之前，围绕钻管接头的端部放置的FSP材料的透视图。

图5为显示使用含有施加夹持力的固定螺丝的环圈将FSP材料放置和固定就位的透视图。

图6为显示使用具有相同或不同材料的在以后可被移除的带状物将FSP材料放置和固定就位透视图。

图7为显示FSP带状物怎样与FSP材料啮合以便将固定和保持在基层的位置上的两种可能性的透视图。

图8为显示怎样使用摩擦刀头接合固定就位FSP材料的透视图。使用过盈机械紧固件(即紧配合栓、铆钉等)可获得类似的固定。

图9为显示怎样使用摩擦刀头接合固定就位FSP材料的透视图。

图10为显示压紧轮怎样能用作动力固定系统以将FSP材料定位的透视图。

图11为显示缆线或链条怎样能用于施加动态张力以将FSP材料固定在基层上的透视图。

具体实施方式

现在将参照本发明的细节，其中本发明的各种元件将被描述和讨论，从而使本领域技术人员能够制造和使用本发明。可以理解的是，下面的说明只是本发明原理的举例，并且不应被看做缩小随附权利要求的范围。

对于FSP可能不存在“一种方法适合所有情况”的方案，从而在弧形表面上将材料定位和固定就位。因此，开发了一类创新性概念，其可以经济有效和安全地解决在弧形表面上摩擦搅拌加工提出的问题。重要的是认识到这些概念可以相互结合使用，并且在不背离本发明范围的情况下，可以使用这些概念的实施方案。

改进钻管的耐磨性是可从摩擦搅拌加工受益的商业产品的实例，因此要求本发明的实施方案变得可行。当钻头刀片钻入土中时，其必须转动，并且一起旋拧形成钻柱的管道的很多截面也转动，从而实现钻孔方法。不可避免地，不停转动的钻管在直径上磨损并且必需不断更换。更换钻管需要很高的经济成本，并且当供应全世界很多钻井设备时其成为后勤上的困难。

钻孔也使用钻柱进行，该钻柱延伸通过金属套管(装管)，该套管可以粘合在已被钻出的孔的截面内。套管被用于避免当钻入更深孔的截面时孔自身的塌陷。钻柱不仅磨损，而且钻柱的转动也引起套管磨损，从而发生套管破裂。当进行水平钻孔时，这一问题变得更加显著。当钻柱开始在水平方向弯曲时，其磨损了套管的弯曲部分。如果套管破裂，那么在该地点的钻孔必须停止，并且对钻井的投资可能损失。

目前，被称作环形加硬层的融合或熔化/凝固方法被用于改进钻管的耐磨性。融合的环形加硬层是通过将金属与混合在内的碳化物硬质颗粒熔化并将该混合物涂在管道表面上而制造的。一旦熔化的混合物凝固，使用了环形加硬层的管道的表面外观很粗糙。在钻孔操作中，在钻孔期间，环形加硬层的区域内的硬质颗粒可能引起套管无用的切割、研磨或机加工。这个问题非常严重，使得在钻井装备处可能使用大的电磁铁，以便移除目前漂浮在钻井液中的套管碎片。在钻孔期间，使用与安装了环形加硬层的套管部分接触的钻管，这些套管碎片可以被加工以远离套管。

作为很多可能的实例中的仅仅一个，可以使用具有弧形表面的钻管连接，从而例示用于环形加硬层的材料是怎样被摩擦搅拌加工，同时定位和固定就位在弧形表面上的。

图3在透视图中例示了本发明的第一个实施方案。该图示出了具有曲面的摩擦搅拌加工(FSP)基层42。FSP基层42可以是管道或具有曲面的任何其它工件。FSP基层42可具有在曲面中形成的凹口44或压痕。形成凹口44的方法被认为是本发明的可授予专利权的方面。重要的是凹口44在FSP基层42的曲面中产生。凹口44的轮廓在FSP基层42上示出。凹口44可以顺应于FSP基层42的曲面。

然后将摩擦搅拌加工(FSP)材料48放置在凹口44内。可以形成FSP材料48，使得其顺应于FSP基层42的曲面。FSP材料48可与FSP基层42的曲面齐平，但这不是所要求的。

使用任何合适的手段可将FSP材料48固定就位，该手段包括但不应认为局限于，扩散粘结、过盈配合、铆接、定位焊、有待以后移除或摩擦搅拌加工到FSP基层42中的粘合剂和钎焊材料和FSP材料48。

将被摩擦搅拌加工到FSP基层42中的FSP材料48可以是与FSP基层不同的材料。例如，FSP材料48可包括比FSP基层42更硬的材料，目的是在FSP基层42上产生比初始FSP基层材料更硬的部分。FSP材料48可具有与FSP基层42不同的性能或质量，由此改善FSP基层。这种将更硬的材料摩擦搅拌加工到初始的FSP基层42中的方法可实现FSP基层上的环形加硬层。

凹口44可以制成比放置在凹口内的FSP材料48更大。通过制造比基层材料48更大的凹口，可以设置膨胀间隙46，其顾及FSP基层42、FSP材料48或者两者的膨胀。当加热FSP基层42和FSP材料48时，可发生任何材料的膨胀。FSP材料48的膨胀可在一个或多个方向上，需要用于膨胀的更多自由度之一。图3也示出了可用于将FSP材料48摩擦搅拌加工到FSP基层42中的摩擦搅拌加工工具40。

应理解的是凹口44可以只部分围绕FSP基层42延伸，或者其可以围绕FSP基层42的整个圆周延伸。而且，在FSP基层42上的多个位置内可有多个凹口44。

FSP材料48可具有与FSP基层42的曲面垂直的接触表面。FSP工具40可以是消耗工具或非消耗工具。

图4为表示本发明的可选实施方案的透视图。特别地，凹口44可以不设置在FSP基层42中。而是，FSP材料48可以设置在FSP基层42的曲面上。该图表示FSP材料现在的形式为FSP带48。FSP带48可以是条状材料，或者其可以已形成与FSP基层42的周围匹配的完整的管道。

可以使用任何合适的手段将FSP带48固定至FSP基层42上。图4表示形成FSP基层42的钻管端部。在FSP带48被摩擦搅拌加工到FSP基层42中之前，其可能需要被固定，使得在摩擦搅拌加工期间其不被移出位置之外。

图5为用于当实施摩擦搅拌加工时将FSP带48固定就位的本发明一个实施方案的透视图。该图表示夹持环50可能被设置在FSP带48的任一个端部。夹持环50可包括将夹持环固定就位在FSP带48的顶部上的固定螺钉70。应理解的是可能只需要单个夹持环50来固定FSP带48。

尽管该实施方案表示了固定螺钉70的使用，但是该实施方案可使用用于将夹持环50固定就位的任何合适的装置，包括可被径向移除而不沿着圆柱形FSP基层42的轴滑下的接头和闭锁组件。夹持环50也可以由可消耗环或弧形物构成，该可消耗环或弧形物由能够融合连接至FSP基层42的曲面以便夹住FSP带48的材料制成，然后使用比如机加工、研磨和本领域技术人员已知的其它后处理技术的机械移除方法被随后移除。

图6为当将FSP工具40用于摩擦搅拌加工时将FSP带48固定就位在FSP基层42上的一个不同实施方案的透视图。该实施方案示出了可以将一个或多个牺牲带52设置在FSP带48的一个或两端上。牺牲带52可以由任何合适的材料构成。可以将牺牲带52摩擦搅拌加工到FSP基层42中，或者其可通过任何合适的后处理手段被全部或部分移除。

图7为表示关于牺牲带52可怎样将用于摩擦搅拌加工的FSP带48固定就位的细节的特写和透视图。在一个实施方案中，牺牲带52形成与FSP带48的转角件54。FSP带48可具有相对于牺牲带52上的角度的余角转角件54。

在可选的实施方案中，图7表示牺牲带52和FSP带48可具有重叠的补充平行表面56。重叠的平行表面56使得牺牲带52能够将FSP带48固定就位在FSP基层42上。平行表面56的一个优势为可以设置间隙66，其顾及FSP带48、牺牲带52或者两者的热膨胀。

也可以提供用于将FSP带48固定就位的其它手段。这些其它手段包括但不应认为局限于紧配合栓、铆钉和本领域技术人员已知的其它装置。重要的是可以使用任何机械固定或连接装置来固定就位FSP带48。

图8为本发明另一个实施方案的透视图。在FSP带48被摩擦搅拌加工之前，其可以在一个或多个位置处被连接至FSP基层42。在该可选的实施方案中，使用摩擦搅拌接合将其固定在一起。例如，可使用摩擦搅拌刀头58切入到FSP带48和FSP基层42中。在使用高旋转速率切割通过两种材料之后，摩擦搅拌刀头58的旋转速度可能下降，并且可引起FSP带48、FSP基层42和摩擦搅拌刀头58的固态加工，并且可实现它们之间的固态结合。

出现在FSP带48上的摩擦搅拌刀头58的部分可被剪掉或被留下从而摩擦搅拌加工到FSP带和FSP基层42中。同样可理解的是使用一些种类的过盈机械紧固件(即紧配合栓、铆钉等)也可取得将FSP带48固定至FSP基层42上。

图9为表示本发明的一个可选实施方案的透视图。可使用销60将FSP带48固定至FSP基层42上。销60通过孔68被插入FSP带48中。孔68可以在一个方向上被伸长，能实现FSP带48在摩擦搅拌加工期间的热膨胀。例如，孔68可以沿着FSP基层42的长轴膨胀。

使用过盈配合、螺纹或任何其它连接销的合适装置可将销60连接至FSP基层42上。也可能需要钻孔到FSP基层42中，其有或没有螺纹。销60可以具有或不具有头部。

图10为本发明的另一个实施方案的透视图。在该实施方案中，可以使用一个或多个压紧轮62相对FSP基层42固定FSP带48。FSP工具40可以在其进行摩擦搅拌加工时相对于压紧轮62紧压FSP带48。压紧轮62可形成动力固定系统，从而将FSP带48保持在FSP基层42上的正确位置中。

图11为能够将FSP带48固定就位在FSP基层42上的本发明的另一个实施方案的透视图。在该实施方案中，可以使用缆线64或者链施加将FSP带48固定就位的动态应力。缆线64可以手动或自动地围绕FSP带48施加扣紧力，从而围绕FSP带48施加应力并将其夹紧就位。

应理解的是，对于本发明的任何实施方案，在其完成将FSP带48摩擦搅拌加工到FSP基层42中后，可以使用引出板从FSP工具40中消除任何孔。

本发明的另一个方面可以将液体或气体应用在FSP带48和FSP基层42上，从而提供冷却。冷却可帮助减小摩擦搅拌加工期间的热膨胀。

本发明的另一个实施方案是在FSP基层42的OD上切割螺纹，并且在FSP带48的ID上切割补充螺纹。然后将FSP带48旋拧到FSP基层42上。螺纹可以在摩擦搅拌加工期间被消耗。

可以理解的是，上面所述的配置只是对本发明原理的应用的例示。在不背离本发明的主旨和范围的情况下，本领域技术人员可以设计多种修改和替代配置。所附的权利要求意图涵盖这些修改和配置。

Claims (22)

1.一种用于将材料固定在具有曲面的基层中并将所述材料摩擦搅拌加工到所述基层内的方法，所述方法包括：

1)提供具有曲面的基层；

2)提供摩擦搅拌加工材料，将采用固态连接工艺将所述摩擦搅拌加工材料混合到所述基层，由此改变所述基层的性质；

3)相对所述基层将所述摩擦搅拌加工材料定位并接附在期望的位置上；以及

4)将所述摩擦搅拌加工材料摩擦搅拌加工到所述基层中，同时避免所述摩擦搅拌加工材料移动。

2.如权利要求1所述的方法，其中所述方法进一步包括在所述曲面中形成凹口，所述摩擦搅拌加工材料可以放置在所述凹口中。

3.如权利要求2所述的方法，其中所述方法进一步包括使用过盈配合将所述摩擦搅拌加工材料放置在所述凹口中。

4.如权利要求3所述的方法，其中所述方法进一步包括当将所述摩擦搅拌加工材料放置在所述凹口中时，沿着所述摩擦搅拌加工材料的至少一个边缘提供至少一个间隙，由此使得所述摩擦搅拌加工材料在摩擦搅拌加工期间沿着所述摩擦搅拌加工材料长度的至少一个方向上的热膨胀。

5.如权利要求2所述的方法，其中所述方法进一步包括制造所述摩擦搅拌加工材料，从而使其具有与所述凹口内的所述基层的曲面垂直的接触面。

6.如权利要求1所述的方法，其中所述方法进一步包括制作只部分围绕所述基层的圆周延伸的所述凹口。

7.如权利要求1所述的方法，其中所述方法进一步包括制作围绕所述基层的整个圆周延伸的所述凹口，从而在所述基层中形成狭槽。

8.如权利要求1所述的方法，其中所述方法进一步包括围绕所述基层的圆周制作多个离散的凹口。

9.如权利要求1所述的方法，其中所述方法进一步包括将所述摩擦搅拌加工材料形成为连续的摩擦搅拌加工带，其完全围绕所述基层的圆周。

10.如权利要求9所述的方法，其中所述方法进一步包括使用至少一个可拆式环接附所述摩擦搅拌加工带，所述可拆式环围绕所述摩擦搅拌加工带并且使用在所述至少一个可拆式环中的多个固定螺钉挤压所述摩擦搅拌加工带。

11.如权利要求9所述的方法，其中所述方法进一步包括使用至少一个可拆式环接附所述摩擦搅拌加工带，所述可拆式环围绕所述摩擦搅拌加工带并且挤压所述摩擦搅拌加工带，其中至少一个可拆式环包括能实现与所述摩擦搅拌加工带接附和移除的接头和闭锁装置。

12.如权利要求9所述的方法，其中所述方法进一步包括：

1)提供至少一个牺牲带，以提供相对所述基层固定所述摩擦搅拌加工带的机械接附装置；和

2)将摩擦搅拌加工带摩擦搅拌加工到所述基层中。

13.如权利要求12所述的方法，其中所述方法进一步包括将所述摩擦搅拌加工带加工到所述基层中之后，移除所述至少一个牺牲带。

14.如权利要求12所述的方法，其中所述方法进一步包括从包括摩擦刀头连接、螺栓连接、铆接、点焊、钎焊、使用滚轴系统绕所述摩擦搅拌加工带缠绕缆线和使用粘合剂将所述摩擦搅拌加工带接附至所述基层的机械接附方式的组中选择机械接附装置。

15.一种用于将材料固定在具有曲面的基层中并将所述材料摩擦搅拌加工到所述基层内的系统，所述系统包括：

具有曲面的基层；

摩擦搅拌加工材料；

设置在所述基层中的凹口，所述凹口符合所述曲面，并且其中所述凹口为所述摩擦搅拌加工材料提供过盈配合；以及

摩擦搅拌加工工具，其用于将所述摩擦搅拌加工材料摩擦搅拌加工到所述基层中。

16.如权利要求15所述的系统，其中所述系统进一步包括具有接触面的所述摩擦搅拌加工材料，所述接触面垂直于所述凹口的曲面。

17.一种用于将材料固定在具有曲面的基层中并将所述材料摩擦搅拌加工到所述基层内的系统，所述系统包括：

具有曲面的基层；

摩擦搅拌加工材料；

机械接附系统，用于相对所述基层固定所述摩擦搅拌加工材料；以及

摩擦搅拌加工工具，用于将所述摩擦搅拌加工材料摩擦搅拌加工到所述基层中。

18.如权利要求17所述的系统，其中所述系统进一步包括形成为完全围绕所述基层的圆周的连续的摩擦搅拌加工带的所述摩擦搅拌加工材料。

19.如权利要求18所述的系统，其中所述系统进一步包括：

围绕所述摩擦搅拌加工带的至少一个可拆式环；和

在所述至少一个可拆式环中的多个固定螺钉。

20.如权利要求18所述的系统，其中所述系统进一步包括围绕所述摩擦搅拌加工带的至少一个可拆式环，所述至少一个可拆式环具有接头和闭锁装置，以实现与所述摩擦搅拌加工带的接附和移除。

21.如权利要求18所述的系统，其中所述系统进一步包括至少一个牺牲带，以提供相对于所述基层固定所述摩擦搅拌加工带的机械接附装置，其中可在摩擦搅拌加工后移除所述至少一个牺牲带，或者可用所述摩擦搅拌加工带将所述至少一个牺牲带加工到所述基层中。

22.如权利要求18所述的系统，其中所述系统进一步包括从包括摩擦刀头连接、螺栓连接、铆接、点焊、钎焊、使用滚轴系统绕所述摩擦搅拌加工带缠绕缆线和使用粘合剂将所述摩擦搅拌加工带接附至所述基层的机械接附方式的组中选择机械接附装置。