Työkalun suunnitteluon kriittinen tekijä, sillä hyvällä työkalulla voidaan parantaa sekä hitsin laatua että suurinta mahdollista hitsausnopeutta.
On toivottavaa, että työkalumateriaali on riittävän vahvaa, sitkeää ja kulutusta kestävää hitsauslämpötilassa. Lisäksi sillä pitäisi olla hyvä hapettumisenkestävyys ja alhainenlämmönjohtavuusminimoimaan lämpöhäviö ja lämpövauriot voimansiirron yläpuolella oleville koneille. Kuumatyöstettytyökalu terästäkuten AISI H13 on osoittautunut täysin hyväksyttäväksi alumiiniseosten hitsaukseen paksuusalueella 0,5–50 mm, mutta vaativampiin sovelluksiin, kuten erittäin hankaaviin sovelluksiin, tarvitaan kehittyneempiä työkalumateriaaleja.metallimatriisikomposiitittai korkeamman sulamispisteen materiaaleja, kuten terästä tai titaania.
Työkalujen suunnittelun parannusten on osoitettu parantavan merkittävästi tuottavuutta ja laatua. TWI on kehittänyt työkaluja, jotka on suunniteltu erityisesti lisäämään tunkeutumissyvyyttä ja siten lisäämään onnistuneesti hitsattavissa olevia levypaksuuksia. Esimerkki on "worl"-malli, jossa käytetään kartiomaista tappia, jossa on re-entrant-ominaisuudet, tai vaihteleva kierre parantaakseen materiaalin virtausta alaspäin. Muita malleja ovat Triflute- ja Trivex-sarjat. Triflute-mallissa on monimutkainen järjestelmä, jossa on kolme suippenevaa, kierteitettyä sisääntulouraa, jotka näyttävät lisäävän materiaalin liikettä työkalun ympärillä. Trivex-työkaluissa käytetään yksinkertaisempaa, ei-sylinterimäistä tappia, ja niiden on havaittu vähentävän työkaluun kohdistuvia voimia hitsauksen aikana.
Suurimmalla osalla työkaluista on kovera olkaprofiili, joka toimii tapin syrjäyttämän materiaalin poistumistilavuudena, estää materiaalia pursumasta ulos olakkeen sivuilta ja ylläpitää alaspäin suuntautuvaa painetta ja siten materiaalin hyvää taontaa työkalun takana. Triflute-työkalussa käytetään vaihtoehtoista järjestelmää, jossa on sarja samankeskisiä uria, jotka on koneistettu pintaan ja jotka on tarkoitettu tuottamaan materiaalin lisäliikettä hitsin ylemmissä kerroksissa.
Kitkasekoitushitsausprosessin laajat kaupalliset sovellukset teräksille ja muille koville seoksille, kutentitaaniseoksetedellyttää kustannustehokkaiden ja kestävien työkalujen kehittämistä. Materiaalin valinta, suunnittelu ja hinta ovat tärkeitä näkökohtia etsittäessä kaupallisesti hyödyllisiä työkaluja kovien materiaalien hitsaukseen. Työ jatkuu, jotta voidaan ymmärtää paremmin työkalumateriaalin koostumuksen, rakenteen, ominaisuuksien ja geometrian vaikutuksia niiden suorituskykyyn, kestävyyteen ja hintaan.
Työkalun pyörimis- ja liikenopeudet
Kitkasekoitehitsauksessa on otettava huomioon kaksi työkalun nopeutta; kuinka nopeasti työkalu pyörii ja kuinka nopeasti se kulkee käyttöliittymää pitkin. Näillä kahdella parametrilla on suuri merkitys, ja ne on valittava huolellisesti onnistuneen ja tehokkaan hitsausjakson varmistamiseksi. Pyörimisnopeuden, hitsausnopeuden ja hitsauksen lämmönsyötön välinen suhde on monimutkainen, mutta yleisesti ottaen voidaan sanoa, että pyörimisnopeuden lisääminen tai poikittaisnopeuden pienentäminen johtaa kuumaan hitsiin. Onnistuneen hitsin aikaansaamiseksi on välttämätöntä, että työkalua ympäröivä materiaali on tarpeeksi kuuma mahdollistaakseen tarvittavan laajan muovivirtauksen ja minimoidakseen työkaluun vaikuttavat voimat. Jos materiaali on liian kylmää, sekoitusalueella voi olla aukkoja tai muita vikoja, ja ääritapauksissa työkalu voi rikkoutua.
Liian suuri lämmöntuotto toisaalta voi olla haitallista hitsin lopullisille ominaisuuksille. Teoreettisesti tämä voisi jopa aiheuttaa vikoja, jotka johtuvat matalan sulamispisteen faasien nesteytymisestä (samanlainen kuin nestemäinen halkeilu sulahitsauksissa). Nämä kilpailevat vaatimukset johtavat "käsittelyikkunan" käsitteeseen: käsittelyparametrien valikoimaan, esim. työkalun pyörimisnopeus ja liikenopeus, mikä tuottaa hyvän laadunhitsaa.Tässä ikkunassa tuloksena olevan hitsin lämmöntuotto on riittävän suuri materiaalin riittävän plastisuuden varmistamiseksi, mutta ei niin korkea, että hitsin ominaisuudet huonontuvat liikaa.
