管型母线克服了传统矩形排母线的发热和短路电动力过大等缺点,被广泛应用于电力行业。搅拌摩擦焊作为新型固相焊接技术,打破了低熔点金属的焊接局限性。本文课题基于上述行业背景与技术背景,以课题组和天津沃尔法电气公司签订的项目为出发点,结合管型母线成型要求,针对搅拌摩擦焊载荷扭矩大、焊缝形状复杂和工艺要求高等特点,对焊接设备的机械结构、控制方式、焊接工艺等进行了大量的研究,成功研发了管型母线搅拌摩擦焊接设备,并提出了稳定的焊接工艺。具体研究内容如下:（1）结合焊接工艺特点,针对焊接过程中焊具受载荷大、扭矩高的特点,提出了一体化焊具回转设计思想,利用台架容纳装置,增强焊具回转刚度,使得焊机结构简单、灵活实用,可以通过控制与焊缝成型质量有关的参数,进行不同的焊接实验。（2）在充分研究国内外搅拌摩擦焊接设备结构与管材形状特点的基础上,提出了以平移运动实现焊接倾角的设计思想。采用平移轴代替旋转轴,降低了设备复杂程度,提高了设备运行稳定性,并确定设备主要由以下几个系统构成,包括:支撑系统、动力系统、搅拌头系统、辅助系统、控制和安全系统。（3）针对焊接过程载荷扭矩大的难点,突破传统的液压固定方式,设计出独特的工件夹持装置,达到保护管材、简化设备、降低成本的目的。结合工艺特点,设计出方框箱型支撑系统,并配套设计垫块、齿套与V型槽,满足了大载荷、多管径的焊接要求;设计出包含旋转机构、回转机构和升降机构的动力系统,成功实现旋转、下压、焊接与收弧工艺过程;设计出集水冷、气体保护与热电偶测温三大功能于一体的搅拌头系统,成功解决了焊接过程氧化、高温不稳定与温度盲区问题;设计出包含齿套开合机构、收弧机构与导辊压辊机构的辅助系统,使设备传动灵活、工件装卡迅速。（4）控制与安全系统的设计。采用发格8055I数控系统及其配套硬件,利用CNC及其内置的PLC,实现了本地闭环控制与对远程I/O模块的控制,利用发格编程语言完成了焊机控制软件的开发。（5）利用设计、组装、调试完成的设备,探索了不同工艺参数对焊缝表面与内部缺陷的影响;分析了特定工艺条件下焊缝的组织性能,主要包括焊接速度、旋转速度、压下量、倾角等工艺参数;提出了无缺陷的焊接工艺。