【NASA采用多技术融合方法攻克自反式搅拌摩擦焊接缺陷难题】美国国家航空航天局（NASA）工程与安全中心（NESC）近期完成了一项针对自反式搅拌摩擦焊接（SRFSW）工艺的技术评估，通过整合机器学习、统计建模与物理仿真等手段，成功解决了焊缝拉伸强度不足及低形貌异常（LTA）等关键质量问题，解除了此前对飞行硬件施加的工艺限制。评估团队开发了基于深度学习的LTA自动识别系统。该系统以NASA此前构建的MicroNet显微图像数据库为基础，利用超过10万张显微图像对编码器进行预训练，再针对焊缝断口图像进行神经网络训练，实现了LTA的客观量化检测，消除了人工识别的主观性偏差。同时，团队制定了标准化的图像采集操作规程，确保检测结果的稳健性与可重复性。为应对SRFSW工艺涉及的多源异构数据整合难题，团队开发了基于Python的数据自动摄取框架。该框架可将工艺参数、设备时序数据、断口及金相图像、力学性能测试数据等统一导入主数据库，显著降低人工转录误差，提升数据质量。此外，团队还构建了Web可视化分析平台，支持工程人员快速开展数据探索与假设验证。在实验设计方面，鉴于SRFSW工艺参数间存在复杂的非线性耦合关系，传统析因设计难以满足需求，团队采用了空间填充设计（Space-Filling DOE）方法，实现对全参数空间的高效采样，并开发了配套软件工具供利益相关方使用。同时，通过建立SRFSW物理仿真模型，模拟焊接过程中的温度场、微观组织演变及最终性能，揭示了物理传感器无法直接观测的工艺机理。综合上述技术手段，团队确定了LTA及低强度焊缝的两项根因：一是焊后表面预处理工艺过于激进，导致焊缝强度下降；二是焊接热输入超出最优区间，造成焊缝质量不稳定。基于工艺模型，团队界定了目标热输入窗口，并给出了主控参数的调节策略。后续生产验证表明，优化后的工艺可精确实现目标参数，彻底消除了低强度焊缝与LTA缺陷。自反式搅拌摩擦焊接是一种固相连接技术，通过旋转搅拌头与工件间的摩擦热实现材料塑性流动与冶金结合，无需熔化母材。该技术可形成优于传统熔焊的接头性能，并适用于铝锂合金等高性能难焊材料。NASA的搅拌摩擦焊接设施位于新奥尔良米丘德垂直总装中心，目前应用于太空发射系统（SLS）运载火箭主要部段的焊接制造。