管线钢作为管道输送工程的主体,是低合金高强度钢的代表,具有优良的强度、韧性、耐腐蚀性以及焊接性等性能,广泛应用于天然气、石油、成品油等能源的长距离运输,具有经济、安全、环保的独特优势。近年来,随着经济的增长以及对能源的不断需求,全球油气管道的建设不断加快,X65管线钢在我国众多管线工程中占有相当大的数量,特别是海洋开发的海底管道建设,因此对管线钢管焊接的方法、性能、环保等要求不断提高。针对国外研究热点而国内几乎空白的先进固相管材搅拌摩擦焊接（FSW）技术,以及国家重点实验室科研仪器设备的要求,在课题组自行研制了管材搅拌摩擦焊机的基础上,成功进行了一系列X65管线钢管（规格:Φ273mm×7mm）FSW试验,对接头组织特征、力学性能特别是冲击韧性进行了分析研究,并对焊接工艺与性能进行了优化。本研究主要包括以下五部分:（1）该管材搅拌摩擦焊机包括机械系统和控制系统组成,机械系统包括支撑系统、动力系统、搅拌头系统和液压系统,控制系统由硬件配置和软件系统组成。该焊机适用于环缝所有位置的FSW,焊接管径:168～273mm,且可以避免常规FSW出现的匙孔缺陷。（2）对X65管线钢管进行FSW试验,得到了表面成形良好、鱼纹致密,内部无任何缺陷的焊缝。热影响区主要由等轴块状铁素体和弥散块状珠光体组织组成,不存在粗晶热影响区;焊核区组织更为细小致密,以针状铁素体（AF）为主,对比各焊核区组织,后退侧AF含量最多,中部作为过渡区域,其含量次之,而前进侧以等轴块状铁素体为主,其含量最少。（3）旋转速度从400、500rpm增大到600rpm,组织相对先变细再变粗大,即过小或过大的旋转速度都不利于组织的重结晶转变和动态再结晶过程;接头显微硬度与强度不断增大且增幅减少,焊缝冲击功先增大后减小,冲击功达到母材66%以上,接头韧性优良。焊接速度从150、100mm/min减小到50mm/min,晶粒尺寸不断增大,即过大的焊接速度会使组织较大地粗化而影响性能;接头硬度与强度不断减小,焊缝冲击功不断减小,冲击功达到母材68%以上,接头韧性优良。（4）在管内加支撑衬管,使用合适的搅拌头:B搅拌头,焊接参数:ω=400～600 rpm、v=50～150mm/min,可获得组织及性能优良的焊缝,且最佳焊接参数为ω=500r pm、v=100mm/min。（5）与传统熔焊相比,管线钢管搅拌摩擦焊缝不存在裂纹、夹渣,同时变形小、残余应力低,晶粒细化程度非常高,力学性能普遍良好且稳定,特别是冲击韧性非常优良。