随着我国航天事业的发展，新一代的制造技术已经逐渐应用到航天器核心零部件的制造工艺中。其中在火箭燃料贮箱工艺孔的修补方面，近年来开始逐步广泛应用一种摩擦焊技术，即摩擦塞补焊。
摩擦塞补焊(FrictionPlugWelding,简称FPW)是英国焊接研究所于1995年发明的一种新型固相补焊技术,首先在洛克希德马丁公司得到了应用。洛克希德马丁公司、马歇尔飞行中心的工程师以及TWI的专家对该项技术进行了大量的试验研究,对该技术进行了工艺优化工作,于2000年夏天正式将摩擦塞补焊技术应用于航天外贮箱的焊缝修补。
摩擦塞补焊的技术工艺是通过焊接工件接合面之间的相对旋转运动产生焊接热，将飞轮储存的旋转动能直接转换为焊接所需热能，焊接界面金属在摩擦热及压应力的作用下，金属原子之间相互扩散，最终形成冶金结合。相比于传统的熔融焊接，整个焊接作用过程焊接界面温度未达到材料熔融温度，同时焊接过程能量输入密度高、作用均匀，往往能在很短的焊接作用时间内形成高强度焊缝，同时热影响区小，特别适合异种材料之间的焊接结合。该工艺无熔焊产生的裂纹、气孔等缺陷，具有焊接强度高（与本体一致）、热影响区窄、综合性能好、焊接变形小、焊接时间短以及生产效率高等优点，是理想的补焊工艺。
摩擦塞补焊依据焊接压力加载方式的不同，分为顶锻式和拉拔（锻）式两种（如图1所示）。其中顶锻式摩擦塞补焊的焊机和背部垫板位于被焊件的两侧，而拉锻式位于被焊件的一侧。对于结构简单、背部有广阔空间可以设置大型支撑工装的零件来说，两种加载方式差别不大，但对于结构复杂、体积庞大、被焊件背部无法设置大型支撑工装的产品，一般需要采用拉锻式摩擦塞补焊。
图1顶锻式摩擦塞补焊机（左）和拉锻式摩擦塞补焊机（右）
顶锻式摩擦塞补焊工作原理（如图2所示）。首先在缺陷处加工塞孔，将缺陷去除，采用与塞孔相匹配的塞棒，使塞棒与塞孔作相对高速旋转运动，并沿塞孔轴线进给，两者之间的界面在热和力作用下达到塑性状态时紧急制动，保持一定的压力直至冷却，实现塞孔与塞棒连接。顶锻式摩擦塞补焊主要参数包括焊接压力（摩擦压力以及顶锻压力）、塞棒转速、塞棒进给速度、塞棒缩短量（或者焊接时间）、塞棒与塞孔的结构材料性能（如塞棒屈服强度、塞棒结构尺寸、塞棒与塞孔的配合角度等）等。顶锻式摩擦塞补焊是目前研究及应用最为成熟的塞补焊技术，塞棒在焊接过程中承受压应力，焊接压力过大将使塞棒进一步墩粗，进而使塞棒和塞孔更加紧密结合，形成致密塞补焊焊缝。因此，顶锻式摩擦塞补焊焊接参数范围广，焊接过程稳定可靠。
图2顶锻式塞补焊工作原理
顶锻式摩擦塞补焊有以下特点：
（1）塞棒主体结构在产品正面，塞棒焊接过程中承受压应力；
（2）焊接工艺窗口广，焊接稳定性好，成功率高；
（3）适合厚板补焊，需要在产品背部设置刚性支撑垫板。
由于顶锻式摩擦塞补焊承受巨大的焊接压力，适合平板与半封闭结构使用，航天器的产品中有相当量的形状复杂及封闭结构产品，就需要小型拉锻式摩擦塞补焊作为制造工艺的互补。
拉锻式摩擦塞补焊工作原理（如图3所示），塞棒在焊接过程中承受拉应力。拉锻式摩擦塞补焊焊接参数与顶锻式基本相同，但焊接过程稳定性较差，主要表现为：当焊接压力过小或塞棒转速不高时，焊接产热不足，易形成未焊透缺陷；当焊接压力过大或塞棒转速过高时，焊接产热增大，塞棒在热和拉力作用下，易造成“缩颈”现象，也会形成未焊透缺陷；塞棒转速/进给速度/焊接压力等参量在焊接过程中随塞棒与塞孔接触点位的不同会随时发生变化，加上焊接时间短（一般小于2s），焊接质量和焊接稳定性控制是其技术难点。拉锻式摩擦塞补焊的技术特点包括：
（1）塞补焊主机等主体结构一般置于被焊件一侧（外部），无需大型复杂刚性背部支撑，工装设计相对简单，适于封闭结构、复杂结构等产品的缺陷补焊，更利于工程化应用；
（2）焊接工艺窗口较窄，要求焊接过程能量输入可控。
图3拉锻式塞补焊工作原理
拉锻式惯性摩擦塞补焊焊接时，通过焊机主轴和惯性轮的高速旋转储能，达到一定转速后，切断动力马达能量输入，焊机主轴对塞棒实施拉锻，在摩擦力及拉力的共同作用下，主轴旋转停止，保温一定时间后完成焊接。拉锻式惯性摩擦塞补焊技术特点如下：
（1）具有塞补焊固相焊接的优点，塞补焊接头性能高；
（2）与顶锻式摩擦塞补焊相比，焊接过程中塞棒由（被焊件）内向外运动，不需要背部庞大的刚性支承机构，工装设计相对简单，更适于复杂、密闭型产品实际焊接应用；
（3）采用液压传动且不需要复杂工装，可实现拉锻式惯性摩擦塞补焊设备的小型化，便于在现场进行大型铝合金产品的塞补焊；
（4）与拉锻式摩擦塞补焊相比，由于焊接能量通过惯性轮提供，可控性好，焊接过程稳定可靠。
顶锻式摩擦塞补焊和拉锻式摩擦塞补焊各有优势，也有各自擅长的应用场景，且作用方法类似，焊接机理