摩擦螺柱焊技术是摩擦焊技术的一种。随着海洋油气资源在世界范围内的开发力度不断加强,水下结构物的连接技术和相关的安全保障技术越来越受到重视。摩擦螺柱焊技术具有接头性能优异、焊接过程不受压力环境影响等优点,因而在水下连接领域备受关注,欧盟、美国、巴西、日本等国对此开展了一系列相关的研究工作,并开始应用于牺牲阳极等非重要结构物的连接,但是国内目前对此关注很少。本文在工程实践中提取问题并查阅国外相关文献的基础上进行了摩擦螺柱焊焊接工艺及施工安全的研究工作。本文通过工艺正交试验及工艺评定试验研究了主要工艺参数对接头成形过程的影响规律,研究表明:转速是影响接头成形过程的最主要参数,转速过低会导致焊接中止,转速过高会造成热影响区过度软化从而导致轴向压力难以建立起来;进给速度影响焊接过程中轴向压力建立起来的时间;转速与进给速度共同决定热输入大小,并且在可焊情况下要尽量减小热输入;轴向压力设置为“低—中—高”对成形较为有利,即初始摩擦阶段采用较小压力,稳定摩擦阶段采用中压力,顶锻阶段采用大压力,并且在可焊情况下选择较高水平的压力。通过平板和管道上的焊接试验分析了摩擦螺柱焊的焊接适应性,结果表明管道上的焊接质量相对于平板有一定程度的降低。通过不同焊接环境下的焊接试验分析了焊接环境对接头成形质量的影响,结果表明:空气中焊接时,转速与进给速度匹配合适即可获得优质的焊接接头;水下焊接时要适当提高转速,并且最佳工艺参数组合范围有所扩大,即在水下更容易获得优质的焊接接头;水下增加螺柱保护条件下焊接时螺柱表面的保护层可能会造成热量累积而对成形不利。另外,通过试验的方法对摩擦螺柱焊施工安全进行探索性研究,初步推断出该技术在应用于水下在役管道的焊接时不存在爆炸危险。本文的研究意义在于:首次在国内对摩擦螺柱焊技术的出现、研究现状、工程应用和发展前景进行了简要介绍和论述,并开展了摩擦螺柱焊相关的研究工作,研究成果可以为我国海洋工程提供技术储备,并为后期更深入的研究提供参考。