目录
1绪论 (2)
2搅拌头的设计 (4)
2.1搅拌头材料的选择 (4)
2.2搅拌头结构尺寸设计 (5)
2.2.1轴肩 (5)
2.2.1搅拌针 (6)
3搅拌头的具体设计 (7)
3.1搅拌头的材料选择 (7)
3.2轴肩及搅拌针的具体设计尺寸 (7)
3.3轴肩及搅拌针的几何形状设计 (8)
3.3.1设计原理 (8)
3.3.2形状设计 (9)
参考文献 (10)
1绪论
搅拌摩擦焊( Friction Stir Welding，简称 FSW) 是由英国焊接研究所(The Welding Institute，简称 TWI)于1991年研究发明的一种先进的固相连接技术，被认为是自激光焊接问世以来最引人注目和最具潜力的连接技术[1]。其焊接工作原理如图1-1 所示，高速旋转的搅拌头扎入工件后沿焊接方向运动，在搅拌头与工件接触部位产生摩擦热，使其周围金属形成塑性软化层，软化金属在搅拌头的旋转作用下填充后方空腔并在轴肩与搅拌针的搅拌及挤压作用下实现材料连接。
图1.1 搅拌摩擦焊工作原理
FSW与弧焊、激光焊、电子束焊、钎焊和扩散连接等传统焊接方法相比，FSW具有高效低耗、焊接温度低、接头残余应力小、焊接工件变形小、环境友好等特点，特别在大规格薄板焊接中是其他焊接方法远不可相比的。经过20多年的发展，搅拌摩擦焊已经从技术研究迈向高层次的工程化和工业化应用阶段。被焊材料也已从铝合金逐渐扩展到镁合金、铅合金、铜合金、钢、钛合金以及复合材料等。目前，搅拌摩擦焊设备的制造和产品的加工在国内外已经成为一类高技术新兴产业。搅拌摩擦焊不仅具备普通摩擦焊技术的优点，由于搅拌头的灵活性还可以适应不同接头形式和位置的焊接。由于焊接过程中的热量仅仅能使被焊金属达到塑性状态，故焊接过程焊件的变形量小，焊接无需添料，焊接过程绿色环保、耗材少。应用方面，因为搅拌摩擦焊焊接过程操作简便，焊接缺陷少接头性能好，自动化程度高且生产周期短，现已被广泛用于造船业、车辆制造、飞机制造、航天制造等工业领域。
搅拌头作为搅拌摩擦焊的“心脏”，其材料和结构设计是搅拌摩擦焊技术的核心，是搅拌摩擦焊工艺中最重要的技术之一，是决定搅拌摩擦焊技术能否扩大待焊材料的种类以及能否提高待焊材料板厚范围的关键。
2搅拌头的设计
2.1搅拌头材料的选择
由于搅拌摩擦焊接所需要的热源主要来源于搅拌头和工件材料的摩擦热，焊接过程搅拌头又需要承受高温、顶锻压力、摩擦扭矩、行进阻力等联合作用，所以搅拌头的材料应具备以下基本特征：热硬性、耐磨性、抗蠕变性、耐冲击性、易加工性、材料惰性、优良的摩擦效果等。
目前常用的搅拌头材料主要有三种：高温合金、热作模具钢及硬质合金。高温合金（以 GH4169为例）虽然能在700摄氏度下保持较好的性能，但在400摄氏度以上的焊接工作温度下损耗严重；热作模具钢（以H13为例）工作温度一般在540摄氏度左右，在其工作范围内显然不适合进高熔点的金属及其合金的焊接；对于硬质合金，碳化钨（WC）占据着非常重要的位置，WC-Co系硬质合金在WC基硬质合金中又具有最高的抗弯强度、抗压强度、冲击韧性及弹性模量，在焊接低熔点材料时，WC-Co硬质合金搅拌头可以焊接很大长度的焊缝而几乎没有损耗，焊接高熔点材料时，其优良的耐磨性及高温性能又可以保证焊缝质量的稳定[2]。除了以上三种常用材料之外，国内外用于搅拌头制作的材料还有聚晶立方氮化硼等，各材料的研究情况及优缺点对比如表2-1所示：
表2-1国内外搅拌摩擦焊搅拌头材料研究情况及优缺点[2]
搅拌头材料高温性能强度韧性耐磨性经济性
工具钢良好一般较差较便宜
镍基和钴基合金一般很好一般原材料较贵
难熔金属及其合金良好高温下较好良好周期长，加工难，成本高
聚晶立方氮化硼很好韧性较差很好材料制备条件苛刻，加工成本很高
硬质合金很好较好很好传统加工方法周期长或加工成本高在焊接铝、镁、铅等低熔点材料时，搅拌头采用工具钢即可。对于钢、铜、钛等高熔点材料来讲，焊接时最高温度在1 000 ℃以上，能满足使用要求的搅拌头材料往往是难熔金属合金或者结构陶瓷。
但在焊接铝基复合材料时，由于出现的高硬度的第二相颗粒会导致搅拌头较严重的磨损。经过对各种材料包括特种钢材，硬质合金等的综合研究，在焊接铝基复合材料材料是选用GT35钢结硬质合金作为搅拌头的材料[2]。
2.2 搅拌头结构尺寸设计
搅拌头材料确定的前提下,轴肩和搅拌针形状和尺寸对焊缝的质量有重要影响。搅拌头的形状决定了焊缝金属塑性加热、热塑性材料的流动和锻造形式搅拌头的尺寸决定了焊缝尺寸和焊接速度。
2.2.1 轴肩
轴肩在焊接过程中主要是与工件表面摩擦提供焊接热源以及封闭焊接环境,以阻止高塑性软化材料从轴肩溢出。根据不同焊接需要,轴肩与搅拌针交界的工作面可加工为平面型,凹陷型和凸起型。图2.1为几种常见的轴肩形貌,它们都是在搅拌针和轴肩交界处中间凹入的[3]。研究指出,在焊接过程中,这种设计形式可保证轴肩端部下方的软化材料受到向内方向的力的作用,从而有利于将轴肩端部下方形成的软化材料收集到轴肩端面的中心以填充搅拌针后方形成的空腔,同时还可减少焊接过程中搅拌头内部的应力集中而保护搅拌头。
图2.1 不同几何形貌的轴肩
对于特定的焊接材料，为了获得最佳的焊接效果，必须设计出与之相适应的特殊的几何形貌
轴肩几何形貌。由于轴肩在搅拌摩擦焊接过程中所起的作用比较单一，因而人们对轴肩形貌、几何尺寸及其对焊接过程中塑性流动和焊后接头质量影响方面的研究较少，而将大部分精力投入搅拌针形貌、几何尺寸设计方面的研究。
2.2.1搅拌针
不同形式搅拌针决定被焊材料的流动以及成形机理,合理设计的搅拌针形状和尺寸是得到良好焊缝的关键。大量试验总结说明的搅拌针长度应略小于焊件厚度,其与轴肩径之比约为1:3为好,与焊件厚度之比约为1：1时较好[1]。目前搅拌针的种类主要有带螺纹以及不带螺纹的圆柱形、圆台形、偏心式、非对称式、外开式和可伸缩式等。
3搅拌头的具体设计
此次设计的搅拌摩擦焊用搅拌摩擦头主要用于7mm厚的铝合金的焊接，主要用于对接接头。
3.1 搅拌头的材料选择
铝合金材料由于质量轻、抗腐蚀、易成形等优点，受到众多工业制造领域的青睐，随着该材料性能的不断提高及新牌号的硬铝、超硬铝等材料的出现，在航空、航天、高速列车、高速舰船等工业领域得到了越来越广泛的应用。但是，铝合金材料表面致密的氧化层以及弧焊过程中较大变形等又限制了这种材料的进一步推广应用。
搅拌头是搅拌摩擦焊设备的核心部件本文所用搅拌头是自主选材和设计的。对于铝合金搅拌摩擦焊来说，焊缝区在焊接过程中的温度可达到400-480摄氏度，这就要求搅拌头要具有优异的高温性能，包括：热强性、抗蠕变性、在焊接温度下不发生组织变化即热稳定性、与被焊材料不发生化学反应即材料惰性；同时在搅拌摩擦焊的过程中搅拌头还要受到试件强烈的反作用力和于试件材料之间发生摩擦，因此必须具有好的耐磨性、耐冲击性能，并且要具有合适的摩擦效果和导热性能；从经济的角度考虑则希望搅拌头容易加工、材料容易得到，同时还要考虑价格因素。综合考虑，本文选用高速工具钢来制作搅拌头，经过淬火和多次回火处理，性能可以较好的满足试验要求[4]。经过初步的优化设计，对于薄板铝合金的搅拌摩擦焊，其搅拌头的材料选用工具钢即可满足焊接要求。
3.2轴肩及搅拌针的具体设计尺寸
（1）搅拌针尺寸：搅拌摩擦焊的搅拌头，一般要求搅拌针的直径等于待焊材料的厚度，及搅拌针直径为7mm。
（2）轴肩尺寸：搅拌摩擦焊的搅拌头，一般要求其轴肩的直径为对应焊材板厚的3-5倍，及轴肩的设计尺寸为21mm
（3）轴肩长度：轴肩的长度约为25mm
（4）轴肩下压深度：焊接时轴肩下压深度约为0.5mm
3.3轴肩及搅拌针的几何形状设计
3.3.1设计原理
搅拌摩擦焊时，搅拌头轴肩与工件表面以及搅拌针与母材产生的摩擦热是焊接热量的主要来源，在搅拌摩擦焊过程中，需考虑搅拌针与金属材料的摩擦热，并且这部分热量对搅拌摩擦焊接头材料塑性流动、接头性能起着关键的作用。搅拌摩擦焊接头中横剖面中出现的隧道形缺陷或孔洞就是在搅拌针与其周围金属的摩擦热不够，材料的塑性流动不充分的情况下出现的。
通过实验测量了不同类型搅拌头条件下铝合金焊接试板特征点的温度曲线,分析了搅拌头轴肩尺寸和搅拌针形状对焊接试板温度场的影响。结果表明,轴肩是搅拌摩擦焊接热输入的主要来源,搅拌头轴肩尺寸越大,产生的焊接热量越大,对应试板测温点的温度越高。搅拌头针形对焊接初始阶段试板的温度有明显影响,稳定焊接阶段,试板温度与搅拌针的几何特征及其作用下焊缝金属的塑性流动有关。采用圆台形搅拌针时焊接试板温度最高,采用圆柱形搅拌针时试板温度次之,采用螺纹形搅拌针时试板温度最低[4]。
且经大量研究表明，当采用圆柱探针和圆锥探针搅拌头进行焊接时,接头容易出现孔洞缺陷,孔洞一般位于接头中下部前进边一侧。当采用圆锥带螺纹探针搅拌头进行焊接时,可以获得缺陷较少的焊缝。由此可以看出,搅拌头形状对焊缝组织和焊接缺陷的形成具有重要影响。当采用圆锥和圆柱探针搅拌头进行焊接时,在一定的焊接参数下,焊接过程热输入量不足,材料流动不够充分,导致孔洞缺陷的形成。探针上加工螺旋线可以增大探针与塑性材料之间的摩擦,产生更多的热量,而且由于螺旋线可以产生一个向下的推力,使塑性材料流动更充分,搅拌更均匀,避免了孔洞缺陷的产生[5]。
3.3.2形状设计
因此，在本文搅拌摩擦头的具体设计中，对于搅拌针的形状采用圆台形，且带螺纹，用以增大焊接过程中的热输入量且减少孔洞缺陷的出现。
因此，本文搅拌摩擦头的设计如图3.1所示：
图3.1带螺纹圆台形搅拌头
参考文献
[1]龚凡、王滨生.《国内外搅拌摩擦焊用搅拌头的研究现状及发展趋势》材料开发与应用2013.6 第111~118页。
[2]张晨.《WC-Co 硬质合金搅拌摩擦焊搅拌头的研制》南昌航空大学硕士2014．06．09第1~3页。
[3]曹朝霞.《搅拌摩擦焊工艺研究》大连铁道学院硕士 2002.12.20 第5~8页。
[4]李敬勇、亢晓亮.《搅拌头几何特征对搅拌摩擦焊试板温度场的影响》航空材料学
报2013.01 第59~60页。
[5] 赵衍华、林三宝.《2014铝合金搅拌摩擦焊接头缺陷分析》焊接 2005（7）第10~12
页。
目前最先进的焊接工艺，搅拌摩擦焊，你知道原理吗 搅拌摩擦焊是由英国焊接技术研究所于1991年发明的新型焊接技术，其原理如下图所示。 一根安装在主轴上的形状为蜗杆形式的搅拌针在一定压力下被插入焊缝位置，搅拌针的长度一般要比焊缝深度略浅，以此来保证主轴的轴肩能紧贴被焊接的工件表面。当工件与搅拌针和轴肩摩擦生热，焊缝附近的材料会因受热产生严重的塑性变形，但是，并不是熔化，只是成为一种“半流体”的状态，随着主轴带动搅拌针沿着焊缝的走向进给，搅拌针不断把已经处于“半流体”状态的材料搅拌到身后，当主轴离开后，这些材料将冷却固化，从而形成一条稳定的焊缝。
大家都知道，以铝合金和镁合金为代表的轻质合金是航空航天器的主要结构材料之一。然而这些轻质合金的可焊性都非常差，传统的各种熔焊工艺都无法从根本上杜绝热裂纹、气孔和夹渣等这些焊接缺陷的产生，需要靠操作者具有非常高超的技术和工艺才能保证焊接质量。并且，熔焊的高温会产生大量热量和有毒的烟气，这对操作者的身体健康也造成了很大的威胁。而搅拌摩擦焊的出现从根本上解决了这一系列问题。 其次，相较于传统熔焊工艺在焊缝附近形成重新铸造形态，搅拌摩擦焊由于主轴会给被焊接的工件部位施加一个很大的压力，所以在焊缝附近得到的是锻造形态，这种锻造形态组织比铸造形态组织致密得多，因而焊接后零件的机械性能也比传统熔焊工艺做出来的好得多。 而搅拌摩擦焊最大的优势体现在其本质是把机械能转化成焊接所需要的热能，所以可以用特定的公式相当准确的计算出焊接热及其引发的工件热变形的量，从而为事前的补偿和事后的纠正提供了几乎不依赖操作者经验的定量的依据，这是任何一种传统焊接工艺都望尘莫及的。
搅拌摩擦焊和熔焊对比优劣 FSW（搅拌摩擦焊）的一些优势。 搅拌摩擦焊（FSW）实践证明是非铁金属连接工艺，它没有母材熔化、填充金属和保护气体。因为它是固态连接工艺，搅拌摩擦焊消除了传统熔焊本身存在的大多数与再凝固相关的副作用。该工艺同时也能应用于全位置焊。 FSW的优缺点 三个重要特征展现了搅拌摩擦焊较之传统熔焊工艺的优势：高效率，低成本和有效连接铝合金。用传统熔焊法连接铝合金很难，或者几乎是不可能的。 当然，为了最好地确定搅拌摩擦焊潜在优势或劣势，要对每一个所述的优点进行测评。举个例子，如果一家公司需要在相关设备成本中分解，以建立生产部件的成本，由于最初投资成本相对较高，FSW的优势就只能体现在高生产率应用上。要焊接连续长焊缝长度的部件，或需要焊接2xxx或7xxx系列的铝，选择此项工艺是最好的。在选择最佳工艺时，铝合金型号和材料厚度也可能起到重要作用。 建立FWS的优势 搅拌摩擦焊是一种快速工艺，变形小，没有气孔，无热裂纹，能在单焊道内焊接厚铝板。这些都是效率高，生产成本低的原因。 表1显示的数据在焊接2in.厚铝型材时对FSW和GMAW两种焊接工艺作了比较。虽然FSW投资成本要高些，但由于焊接速度快，焊接准备工作成本低，所以每段长度的成本更少。 对焊接厚铝板来说，由于搅拌摩擦焊不熔化铝，所以不需要多焊道来限制线能量。它有足够的热来塑化铝，很像热压时的情况。 双重焊头设置也可用，能让用户同时焊接厚铝板的正反面，或同时焊接夹层板，从而进一步减少了线能量。同时，由于每个焊头负责材料厚度的一半，焊接总速度实质上加了倍。 使用搅拌摩擦焊的一个缺陷可能是焊接夹具投资成本，尤其是在更为复杂的焊接应用中。每边必须有足够的侧边和向下夹紧压力，以夹紧它们不离原位。这一方法可能需要用到液压传动装置。这一压力可能很大，但很合理。 减少生产成本 由于500°C是该工艺的最高连接温度，气孔和热裂纹消除，所以使用搅拌摩擦焊的生产成本要低些。这个温度不足铝660°C的熔化温度（图1），尤其是在评估疲劳寿命时特别有优势。 与此相关的是由于依赖旋转触针，搅拌摩擦焊能消除熔化或焊缝熔深问题。只有极大改变工具长度，超过15%，才会影响焊缝完整性，如弯折试验时所示。工具磨损最小，在保持质量的前提下，可持续使用。 搅拌摩擦焊不需要焊接气体和耗材。因此可很大节省生产成本。气体保护电弧焊中工艺的可变性，如焊丝直径容差和送丝问题，在搅拌摩擦焊中不需考虑。 减少焊前准备工作时间 搅拌摩擦焊焊前准备工作时间相对简单，这进一步节省了成本。只要去除油脂或其它润滑溶液就行了。换句话说，表面氧化和腐蚀对搅拌摩擦焊不会有多大的影响。实际上，该工艺有效弥补了GTAW或GMAW工艺的不足。在如航空业这些要求焊缝零缺陷的行业这一点尤为重要。 焊后修整 由于搅拌摩擦焊的锻接特性，焊缝断面很美观，大大减少了如去除熔渣和飞溅的焊后工艺。搅拌摩擦焊不需要去除污物和过度打磨。由于打磨通常要花大量时间，尤其是对长焊件
Location: pWPS No. ： 焊接方法： 坡口准备和清理： Welding process ： preparation and cleaning ： 接头类型： 焊接设备： Joint type ： Welding equipment ： 母材规格(㎜)： 夹紧装置： Parent metal size(㎜)： Clamping arrangement ： 母材质保书： 焊接位置： Base metal specification ： Welding positions ： 搅拌头材料 : 焊工姓名： Tool Material: Welder ， s name ： Preheat temperature(℃)： Other information ： 预热维护温度(℃) ： 基值电流/峰值电压： Preheat maintenance temperature (℃) ： Base current/Peak voltage ： 层间温度(℃)： 脉冲频率(Hz)： Interpass temperature(℃)： Pulse frequency(Hz)： 焊前热处理： 脉冲时间(ms)： Pre-weld heat treatment ： Pulse time(ms)： 焊后热处理： 弧长/微调： Post-weld heat treatment ： Arc length/Fine adjust ： 时间、温度、方法： 摆动（焊道的最大宽度）(㎜)： T im e 、tem perature 、m ethod ： W e a v i n g (M a x i m u m w i d t h o f r u n ) (㎜): 加热和冷却速度(℃/h)： 振动（振幅、频率、停留时间）： Heating and cooling rates(℃/h)： O s c i l l a t i o n （Am p l i t u d e , f r e q u e n cy , d w e l l t i m e ）： 制造商： Manufacture ：
Trans. Nonferrous Met. Soc. China 22(2012) 1064í1072 Correlation between welding and hardening parameters of friction stir welded joints of 2017 aluminum alloy Hassen BOUZAIENE, Mohamed-Ali REZGUI, Mahfoudh AYADI, Ali ZGHAL Research Unit in Solid Mechanics, Structures and Technological Development (99-UR11-46), Higher School of Sciences and Techniques of Tunis, Tunisia Received 7 September 2011; accepted 1 January 2011 Abstract: An experimental study was undertaken to express the hardening Swift law according to friction stir welding (FSW) aluminum alloy 2017. Tensile tests of welded joints were run in accordance with face centered composite design. Two types of identified models based on least square method and response surface method were used to assess the contribution of FSW independent factors on the hardening parameters. These models were introduced into finite-element code “Abaqus” to simulate tensile tests of welded joints. The relative average deviation criterion, between the experimental data and the numerical simulations of tension-elongation of tensile tests, shows good agreement between the experimental results and the predicted hardening models. These results can be used to perform multi-criteria optimization for carrying out specific welds or conducting numerical simulation of plastic deformation of forming process of FSW parts such as hydroforming, bending and forging. Key words: friction stir welding; response surface methodology; face centered central composite design; hardening; simulation; relative average deviation criterion 1 Introduction Friction stir welding (FSW) is initially invented and patented at the Welding Institute, Cambridge, United Kingdom (TWI) in 1991 [1] to improve welded joint quality of aluminum alloys. FSW is a solid state joining process which was therefore developed systematically for material difficult to weld and then extended to dissimilar material welding [2], and underwater welding [3]. It is a continuous and autogenously process. It makes use of a rotating tool pin moving along the joint interface and a tool shoulder applying a severe plastic deformation [4]. The process is completely mechanical, therefore welding operation and weld energy are accurately controlled. B asing on the same welding parameters, welding joint quality is similar from a weld to another. Approximate models show that FSW could be successfully modeled as a forging and extrusion process [5]. The plastic deformation field in FSW is compared with that in metal cutting [6í8]. The predominant deformation during FSW, particularly in vicinities of the tool, is expected to be simple shear, and parallel to the tool surface [9]. When the workpiece material sticks to the tool, heat is generated at the tool/workpiece contact due to shear deformation. The material becomes in paste state favoring the stirring process within the thermomechanically affected zone, causing a large plastic deformation which alters micro and macro structure and changes properties in polycrystalline materials [10]. The development of the mechanical behavior model, of heterogeneous structure of the welded zone, is based on a composite material approach, therefore it must takes into account material properties associated with the different welded regions [11]. The global mechanical behavior of FSW joint was studied through the measurement of stress strain performed in transverse [12,13] and longitudinal [14] directions compared with the weld direction. Finite element models were also developed to study the flow patterns and the residual stresses in FSW [15]. B ased on all these models, numerical simulations were performed in order to investigate the effects of welding parameters and tool geometry on welded material behaviors [16] to predict the feasibility of the process on various shape parts [17]. Corresponding author: Mohamed-Ali REZGUI; E-mail: mohamedali.rezgui@https://www.doczj.com/doc/9e3642401.html, DOI: 10.1016/S1003-6326(11)61284-3
目前最先进的焊接工艺，搅拌摩擦 焊，你知道原理吗 搅拌摩擦焊是由英国焊接技术研究所于1991年发明的新型焊接技术，其原理如下图所示。 一根安装在主轴上的形状为蜗杆形式的搅拌针在一定压力下被插入焊缝位置，搅拌针的长度一般要比焊缝深度略浅，以此来保证主轴的轴肩能紧贴被焊接的工件表面。当工件与搅拌针和轴肩摩擦生热，焊缝附近的材
料会因受热产生严重的塑性变形，但是，并不是熔化，只是成为一种“半流体”的状态，随着主轴带动搅拌针沿着焊缝的走向进给，搅拌针不断把已经处于“半流体”状态的材料搅拌到身后，当主轴离开后，这些材料将冷却固化，从而形成一条稳定的焊缝。 大家都知道，以铝合金和镁合金为代表的轻质合金是航空航天器的主要结构材料之一。然而这些轻质合金的可焊性都非常差，传统的各种熔焊工艺都无法从根本上杜绝热裂纹、气孔和夹渣等这些焊接缺陷的产生，需要靠操作者具有非常高超的技术和工艺才能保证焊接质量。并且，熔焊的高温会产生大量热量和有毒的烟气，这对操作者的身体健康也造成了很大的威胁。而搅拌摩擦焊的出现从根本上解决了这一系列问题。 其次，相较于传统熔焊工艺在焊缝附近形成重新铸造形态，搅拌摩擦焊由于主轴会给被焊接的工件部位施加一个很大的压力，所以在焊缝附近得到的是锻造形态，这种锻造形态组织比铸造形态组织致密得多，因而焊接后零件的机械性能也比传统熔焊工艺做出来的好得多。 而搅拌摩擦焊最大的优势体现在其本质是把机械能转化成焊接所需要的热能，所以可以用特定的公式相当准确的计算出焊接热及其引发的工件热变形的量，从而为事前的补偿和事后的纠正提供了几乎不依赖操作者经验的定量的依据，这是任何一种传统焊接工艺都望尘莫及的。
搅拌摩擦焊接夹具助推工业自动化 宁波友智机械科技有限公司，是专业从事创新型环保节能设备、自动化夹具的高新技术企业；致力于为客户提供优质的机械自动化整体解决方案，特别是搅拌摩擦焊接夹具的技术支持，可根据不同客户的需求，进行自主设计、生产，近日，宁波某上市公司向我司采购搅拌摩擦焊机及夹具三套。 免费的三维实体夹具模型设计，提供工业自动化整体解决方案，将最好的服务带给每位客户。 搅拌摩擦焊接技术在新能源汽车领域的应用。为达到汽车轻量化的目的，汽车中的多个位置需要铝合金，但各个位置所需铝合金的种类不同，对其焊接性及焊接方法的适应性要求比较高。在传统焊接中，焊接后容易出现焊接质量缺陷，变形难控制等问题。搅拌摩擦焊接能够有效地避免这些问题，焊接后的产品性能优异，被广泛认为是焊接铝及其合金的最佳连接方式，在汽车制造工业中有着广泛的应用前景。 目前，搅拌摩擦焊接主要是用于底盘、驱动电机外壳、控制模组、副车架、车门车窗、电池水冷板、散热器、导电杆等部位的焊接，也将在未来新能源汽车制造中占据更大的适用空间。
搅拌摩擦焊接以其绿色焊接的形象走入人们的视野，凭借其强大的焊接能力以及快速便捷的焊接方式，为智能工业的实现，做出了极大的贡献。搅拌摩擦焊接技术的实现，在降低成本方面，具有显著的优势，其焊接本身只需要消耗搅拌焊头，这样一来，大大地减少了焊接过程中所花费的其他费用。而焊头根据质量不同，其本身消耗也不同，但是据了解，平均搅拌焊头能运行的距离大概在1200米左右，而焊头本身的成本是相当低的。 工业自动化工程，推动的是整体的自动化服务，从而更好地解放人力，也能在一定程度上提升加工的精细度，随着搅拌摩擦焊接技术在新能源汽车领域得到广泛应用，而我司，在不断的业务发展过程中，也针对搅拌摩擦焊接技术，融合公司本身成熟的夹具设计技术，研发、设计了搅拌摩擦焊接夹具，为您提供整体的搅拌摩擦焊接解决方案。 以下是友智制造的搅拌摩擦焊接夹具，其满足当代工业自动化的需求。
几种新型搅拌摩擦焊技术 搅拌摩擦焊技术自1991年问世以来就倍受业界瞩目，特别是1996年搅拌摩擦焊被成功应用于宇航结构件的焊接以后，在制造业掀起了技术研究、发展和推广应用的热潮[1-3]。 双轴肩自适应搅拌摩擦焊技术 搅拌摩擦焊作为一种先进的固相连接技术，已经在造船、航空航天、轨道交通等领域获得了广泛的应用。但是在一些特殊的加工过程中需要搅拌摩擦焊设备提供较大的焊接力，同时要求在焊接过程中对待焊零件进行严格装夹（包括背部的刚性支撑），这给某些特殊结构形式下实施FSW造成了困难，如大直径火箭贮箱环缝结构的焊接等。而双轴肩自适应搅拌摩擦焊（Self-ReactingPin Tool，SRPT）技术成功地解决了上述问题。 1 原理 双轴肩自适应搅拌摩擦焊是通过上下轴肩夹持作用加紧工件，下轴肩代替了常规搅拌摩擦焊的垫板装置。搅拌针与驱动装置及下轴肩相连，这样既可调节加载载荷又可调整下轴肩的位置。且上轴肩与单独的驱动轴相连，这种上下轴肩单独控制的方式使得自适应系统得以实现，并且使上下轴肩的顶锻力反向相等，整个工件在垂直板件方向所受合力为零。由于SRPT采用了两个轴肩的模式，提高了焊缝背部的热输入，可以预防和降低焊缝背部缺陷。 与常规 FSW 相比，SRPT有两个独立控制的轴肩；常规FSW焊件背面需要配套的刚性支撑垫板，而SRPT焊件背面则不需要；常规FSW被焊工件需要严格的装夹，焊件需要被垂直及侧向压紧，而 SRPT大大简化了装夹机构；常规FSW焊缝背部常常是整个焊件的薄弱环节，SRPT由于下轴肩的产热减小了从焊缝表面到背部的温度梯度，降低了焊缝的热损耗，提高了热效率，因此可以很好地消除焊缝背部未焊透等缺陷。 2 试验验证与工程应用 Edwards 等[4]成功地应用双轴肩自适应搅拌摩擦焊技术对薄板铝合金进行了焊接，试验表明：在薄板焊接领域此技术可以实现1.8mm及更薄的铝合金型材的焊接；焊接速度可以达到1m/min以上；对2mm厚A l6061铝合金的试验表明，焊缝强度系数可达88%，而且强度系数还可以进一步提高。 TWI的研究表明[5]：双轴肩技术可以在较低的轴向顶锻力下焊接25mm厚的铝板；此项技术可以提供完全焊透的焊缝，不会出现未焊透和其他根部缺陷。 复合热源搅拌摩擦焊技术
搅拌摩擦焊-铝合金-第一部分：术语 范围 此部分ISO25239定义了搅拌摩擦焊的术语与定义。在此标准中，术语“铝”涉及铝及其合金。 术语与定义 针对此文件的用途，适用于下列各项术语与定义。 1、焊针可调式搅拌头adjustable probe tool 此搅拌头的针长、旋转速度和旋转方向是可以调节的，焊接过程中旋转速度可能会不同于轴肩的旋转速度。 可调焊针可以修整； 此搅拌头能够在不产生过多的飞边的情况下使起始与尾孔阶段形成完好的焊缝。 1 轴肩 2 非焊接工作区 3 搅拌针 4 搅拌针下移方向 5 焊接工作区 6 搅拌针达到需求深度 7 搅拌针上移方向 a 搅拌针旋转方向 b 轴肩旋转方向 c 焊接方向 图1 焊针可调式搅拌头 2、焊缝前进侧 advancing side of weld 搅拌头旋转的方向与焊接前进方向相同的焊缝一侧，见图1 序号7。 1 工件 2 搅拌头 3 轴肩 4 搅拌针 5 焊缝表面 6 后退侧 7 前进侧 8 尾孔 a 搅拌工具旋转方向 b 搅拌工具向下运动 c 轴向力 d 焊接方向 e 搅拌头向上运动 图2 搅拌摩擦焊的基本原理 3、轴向力 axial force 沿着搅拌头旋转轴作用于工件的作用力，见图1 序号c。 4、双轴肩搅拌头 bobbin tool 搅拌头由固定长度的搅拌针和两个分离的轴肩组成，见图2。 5、结束停留时间 d well time at end of weld 从搅拌针在焊接前进方向停止行走，至搅拌针开始离开焊缝的这段时间。 6、起始停留时间dwell time at start of weld 从搅拌针扎入材料后，至搅拌针开始向焊接方向运动的这段时间。 7、尾孔 exit hoe 在焊接结束部位，搅拌头移走后留下的孔，见图1 序号11。 8、接合面faying surface 一个接头中一个工件与另一个工件的接触面 9、固定搅拌针fixed probe 伸出轴肩固定长度的搅拌针，焊接中旋转方向、速度均与轴肩相同。 10、压力控制force control 焊接过程中使搅拌头维持所需压力的措施。 11、搅拌摩擦焊 friction stir welding 旋转的搅拌头插入被焊材料产生摩擦热，使材料热塑化，实现工件间固相连接的焊接方法。 12、锻压侧heel 搅拌头前进反方向的轴肩部分。 13、压入量heel plunge depth 轴肩后缘压入工件内部的深度。 14、界面畸变 hook
48 航空制造技术·2008 年第21 期 搅拌摩擦焊技术自1991年问世 以来就倍受业界瞩目，特别是1996年搅拌摩擦焊被成功应用于宇航结构件的焊接以后，在制造业掀起了技术研究、发展和推广应用的热潮[1-3]。双轴肩自适应搅拌 摩擦焊技术 搅拌摩擦焊作为一种先进的固几种新型搅拌摩擦焊技术 New Types of Friction Stir Welding Technology 大连交通大学 韩文妥 许鸿吉 北京航空制造工程研究所 李 光 董春林 栾国红 经过多年的发展和实践，新型的搅拌摩擦焊技术层出不穷，涉及领域广泛，其中最具代表性和创新性的新型搅拌摩擦焊技术有：双轴肩自适应搅拌摩擦焊技术、复合热源搅拌摩擦焊接技术、动态控制低应力无变形搅拌摩擦焊技术和双头搅拌摩擦焊技术。 韩文妥 大连交通大学与北京航空制造工 程研究所联合培养硕士研究生。从事 搅拌摩擦焊方面的研究。参与项目：“十一五”重点项目“新型精密焊接技术与装备研究”；航空基金重点项目“搅 拌摩擦焊应力与变形规律研究”、“飞机 整体结构件搅拌摩擦焊综合强度性能 基础研究” 等。相连接技术，已经在造船、航空航天、轨道交通等领域获得了广泛的应用。但是在一些特殊的加工过程中需要搅拌摩擦焊设备提供较大的焊接力，同时要求在焊接过程中对待焊 零件进行严格装夹（包括背部的刚性 支撑），这给某些特殊结构形式下实施F S W 造成了困难，如大直径火箭贮箱环缝结构的焊接等。而双轴肩自适应搅拌摩擦焊（Self-Reacting Pin Tool，SRPT）技术成功地解决了上述问题。 1 原理 双轴肩自适应搅拌摩擦焊是通过上下轴肩夹持作用加紧工件， 下轴肩代替了常规搅拌摩擦焊的垫板装置。搅拌针与驱动装置及下轴肩相 连， 这样既可调节加载载荷又可调整下轴肩的位置。且上轴肩与单独的驱动轴相连，这种上下轴肩单独控制的方式使得自适应系统得以实现，并且使上下轴肩的顶锻力反向相等， 整个工件在垂直板件方向所受合力为 零。由于S R P T 采用了两个轴肩的模式，提高了焊缝背部的热输入，可以预防和降低焊缝背部缺陷。 与常规F S W 相比，S R P T 有两个独立控制的轴肩；常规F S W 焊件背面需要配套的刚性支撑垫板，而S R P T 焊件背面则不需要；常规F S W 被焊工件需要严格的装夹，焊件需要被垂直及侧向压紧，而S R P T 大大简化了装夹机构；常规F S W 焊缝背部常常是整个焊件的薄弱环节，S R P T 由于下轴肩的产热减小了从焊缝表面到背部的温度梯度，降低了焊缝的热损耗，提高了热效率，因此可以很好地消除焊缝背部未焊透等缺陷。 2 试验验证与工程应用 Edwards 等[4]成功地应用双轴肩自适应搅拌摩擦焊技术对薄板铝合金进行了焊接，试验表明：在薄板焊接领域此技术可以实现1.8m m 及
搅拌摩擦焊接头缺陷检测与修复方法 中图分类号：T341 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）11-0048-01 1 缺陷的检测方法 铝合金搅拌摩擦焊接头缺陷具有紧贴、细微、取向复杂等特点，增加了缺陷无损检测的难度，目前的检测方法主要有：超声检测、射线探伤、涡流探伤、激光干涉等检测方法。 1.1 超声检测法 超声检测技术是基于声波在材料中的传播路径与材料的均匀性有关，当声波的传播路径上出现缺陷时，就会改变原来的传播特性，产生反射、折射和波形转换。超声检测技术是目前应用于搅拌摩擦焊接头缺陷检测的一种理想的无损检测方法，也是应用最广泛的一种方法，具有灵敏度和检出率高、缺陷定位准确等优点。超声波定性检测缺陷的方法主要有波形判别法、回波相位法、频谱分析法、超声C和B 扫描法等[1]。 刘松平[2]等人研究了利用超声反射法检测搅拌摩擦焊缝区不同取向的缺陷。通过计算分析超声波在焊缝区的声波入射角、缺陷取向和缺陷紧贴性对声波反射的影响，确定入射声波的角度变化范围，通过改变入射角获取入射声波在缺
陷处的最佳声学反射方向，提高入射声波对不同取向缺陷的检出能力。检测结果表明，该法可以有效地检出铝合金搅拌摩擦焊缝区不同取向焊接缺陷，是解决搅拌摩擦焊缝区微细和紧贴型缺陷无损检测的一种可行的方法。另外，利用高分辨率超声波在缺陷的反射回波信号波形（即频谱）的不同，还可以区分缺陷的性质或类型。 徐蒋明[3]等人通过超声波检测中的前后扫查和左右扫 查获取缺陷的超声波回波动态波形，分别描述了铝合金搅拌摩擦焊焊缝的包铝陷入缺陷、隧道孔缺陷和未焊透缺陷的动态波形特点，并分析了各缺陷动态波形形成的原因。结果表明三种缺陷左右扫查的动态波形相似；隧道孔缺陷的前后扫查动态波形具有自身特征，而包铝陷入缺陷和未焊透缺陷的前后扫查动态波形具有光滑平面反射体的前后扫查的动态 波形特征，需要辅助以其他手段来区分这两种缺陷并对其定性。 1.2 X射线检测法 X射线检测方法基于射线束穿过缺陷区引起的能量衰减原理，利用合理感光材料或用记录仪器记录这种能量衰减，以灰（黑）度变化来评定缺陷的存在。 刘松平[4]等人利用X射线成功的探测了3mm厚铝合金板内预制的孔洞缺陷，但是相比超声检测的方法，X射线的检测能力有限，特别是针对搅拌摩擦焊缝中的微细和紧贴型
搅拌摩擦焊工艺参数对焊缝质量的影响 摘要：自主设计了多种结构的搅拌针，并针对铝合金材料进行焊接工艺实验，分析了焊头形状、旋转速度、焊接速度等对焊缝质量的影响，为进一步研究开发和铝合金零部件生产应用摩擦搅拌焊接技术提供理论和实践依据。 关键词：搅拌摩擦焊；工艺参数 随着人们对节能、环保、安全提出更高的要求，铝合金等轻质高强材料的应用获得广泛关注。所以铝材成为航空航天和现代交通运输轻量化、高速化的关键材料。轻量化可使飞机和宇航器飞得更高、更快、更远，可使导弹打得更快、更远、更准，可使电动汽车零污染高速行驶，可减少牵引力和节省大量能源，使运输工具既安全又准点[ 1]。 1.试验材料及方法 选用轨道客车中空车体及结构件用厚为3mm的铝合金挤压板材，将板材裁剪多组尺寸为600×110mm的母板。用XD5032A立式升降台铣床作为FSW的设备。 2.试验结果与讨论 对于一定形状的搅拌焊头，影响焊缝成型和接头机械性能的主要因素是旋转速度（n）、焊接速度（v）和焊接压力（p）。 2.1.旋转速度对焊缝质量的影响 搅拌焊头的旋转速度一定时，若焊接速度较慢，焊缝表面平滑光亮，但在焊缝背面可见到由于局部母材熔化而出现的缩孔。随着焊接速度的增加，这种缩孔会消失，继续增加焊接速度，焊缝表面的光洁度变差，沿焊缝的横截面将试样切开会发现隧道型缺陷，若焊接速度过快，隧道型缺陷逐渐增大，甚至会在焊缝表面出现沟槽。 采用本实验的搅拌焊头焊接时，将旋转速度定为1500rpm/min，此时，焊接速度若高于35mm/min，会看到焊缝的一侧产生未焊合或在搅拌焊头的后面出现长长的沟槽；当焊接速度低于23.5mm/min时，则焊缝表面发生凹陷或在焊缝某一侧产生切边现象，同时，在焊缝的背面会出现由于过热而形成的缩孔。当焊接速度在23-40mm/min范围内，焊缝的外观成型较好；拉伸试验结果表明，当焊接速度在35-60mm/min范围内时，焊缝的抗拉强度较高。如果将旋转速度降低为1180rpm/min，焊接速度为23-45mm/min时，焊缝的外观成型及接头的抗拉强度均较高。这是由于焊接速度影响单位长度焊缝上的热输入量，旋转速度一定而焊接速度过慢时，单位长度焊缝上获得的热量过多，使焊接区温度接近母材的熔化温度而出现局部过热甚至熔化现象；反之，当焊接速度过快时，焊接区获得的
万方数据
搅拌摩擦焊接过程中，接头温度峰值始终处于材料熔化点以下（约为材料熔点的０．８），不会出现材料熔化，从而避免了常规熔焊工艺中因熔化一凝固现象的存在所造成的各种焊接缺陷。所以，搅拌摩擦焊是一种固相焊接技术。接头材料在高温软化状态下，由于搅拌 图１ 搅拌摩擦焊基本原理及工艺过程 头的挤压而形成牢固的锻造细晶组织（与此不同的是，熔焊接头通常为晶粒粗大的铸造组织）。与其他焊接方法相比，搅拌摩擦焊具有以下特点： （１）搅拌摩擦焊是一种固相连接技术，接头性能优 异。 （２）焊前不需要开坡口，可以节省焊前准备工时。（３）焊接过程中不需要保护气，也不需要填充材料。 （４）焊接过程容易实现自动化，可以实现全位置焊 接，接头质量一致性好。 （５）焊接热输入小，从而导致焊接变形小、接头残 余应力水平低，是一种低应力，小变形焊接技术。 （６）焊接过程中无飞溅、无弧光，无辐射，是一种绿色焊接技术。 （７）焊接效率高、能耗低，是一种高效焊接技术。搅拌摩擦焊技术的这一系列特点使其对于以铝合金为代表的轻金属结构焊接具有非常重要的意义，在航空、航天、船舶、列车、汽车以及电力、电子等领域具有非常广阔的应用前景。 ：．搅拌摩擦焊技术应用现状 搅拌摩擦焊作为一种轻合金材料连接的优选焊接 Ｅ口！唑堡笙！塑壁董皇塑型 参磊加工热加工 ｗｗｗ，ｍａｃｈｉｎｉｓｔ．ｃｏｍ，ｃｎ 技术，已经从技术研究迈向高层次的工程化和工业化应用阶段，如在美国的宇航制造工业、北欧的船舶制造工业和日本的高速列车制造等领域，搅拌摩擦焊技术都得到了广泛应用。搅拌摩擦焊技术１９９５年（通过申请专 利）进入中国，但是这项技术在中国真正获得发展却是在２００２年以后——中心成立以来的这几年时间，它是以 中国自主研制的第一台专机搅拌摩擦焊设备的交付使用为标志的。２００２年以来，搅拌摩擦焊技术已被迅速推广到国内的航空、航天、船舶、电力、电子以及汽车等领域，并在几十种产品型号中得到应用。 １．搅拌摩擦焊技术在航天型号产品研制中的应用 由于轻量化的需要，航天领域大量采用了铝合金 结构——最适合采用搅拌摩擦焊技术，从而使搅拌摩擦 焊技术最早在火箭、航天飞机等宇航产品中得到推广。国内则是首先在一些火箭、导弹等新型号武器装备研制中采用了搅拌摩擦焊技术，并配备了中国搅拌摩擦焊中 心自主研制的搅拌摩擦焊专机设备。 出于减重、减少成本和提高性能等方面的考虑， 我国导弹武器舱段的设计拟由原来的防锈铝（女１１５Ａ０６铝合金）改为高强铝合金（女ＩＩＬＹｌ２），但是这些材料采用熔焊的方法很难实现焊接，整体成形的成本又很 高，因此迫切需要像搅拌摩擦焊这样的新型固相焊接技术。 ２００４～２００５年，中国搅拌摩擦焊中心与某航天制 造基地合作开展了这方面的研究，分别对与导弹武器整体舱段制造的纵缝连接，环缝连接等进行了应用开发，试制了多个型号的产品（图２所示为工艺验证模拟结构 件）并成功试飞。目前，搅拌摩擦焊技术已准备用于相 关军工产品的工业化生产。 万方数据
27 搅拌摩擦焊（Friction Stir Welding）作为一种新型固态焊接技术，自1991年诞生以来，其研究与应用已取得突飞猛进的发展，现已在国外诸多工程制造领域得到广泛应用。目前，国内主要航空制造企业已陆续引进了该技术，由于焊接过程中焊缝温度始终低于被焊材料的熔点，可避免传统熔焊方法易产生的气孔和热裂纹等缺陷，因而特别适合于传统熔焊方法难以实现的铝合金等低熔点有色金属及其合金的焊接。尽管搅拌磨擦避免了传统熔焊易产生的缺陷，但由于该技术自身特点以及工艺参数选取不当等因素影响依然会产生一些特征不同于熔焊方法的缺陷。针对这一问题，本文对搅拌摩擦焊的几种常见缺陷以及无损检测技术进行探讨，以供业内相关人员参考。 1 搅拌摩擦焊常见缺陷的产生原因 搅拌摩擦焊的常见缺陷可分为三种基本类型：未充分填充、未焊透、根部不连续。 1.1 未充分填充 焊接过程中，焊缝中受到热-机联合作用的塑化金属会发生流动，是搅拌摩擦焊焊缝形成的基本特征。塑化金属的流动行为可分解为三种简化形 式：塑化金属受搅拌头作用而产生圆周运动；塑化金属沿焊接方向的水平流动；塑化金属在焊缝厚度方向的流动。若焊接参数选择不当，会造成焊接过程中塑化金属不能在搅拌头后方和焊缝厚度方向充分填充，因此沿焊缝水平方向将产生间隙。这个会因程度的差别而有两种表现形式，当塑化金属填充效果极差时，表现为暴露于焊缝表面的沟槽；当塑化金属填充有轻微不足时，则在焊缝内部形成孔洞。产生此类缺陷的原因主要是由于焊接参数选取不当，会导致焊接时的热输入量过高或不足所致。当热输入过高时，焊缝金属软化程度急剧升高，与搅拌头之间的摩擦作用减弱，甚至产生相对滑移；而当热输入过低时，焊缝金属软化程度不足，同样无法充分流动。 1.2 未焊透 未焊透是指在焊缝底部未形成连接或不完全连接的缺陷。未焊透的产生实际上是由于搅拌头上用来插入接合面的搅拌针长度不足或是焊接时搅拌头轴肩对被焊工件的顶锻压力不够所造成。在搅拌摩擦焊焊接过程中，如果搅拌针长度合适，两块对接板材之间对接面上的氧化物会在搅拌针旋转和前进过程中被打碎，在搅拌头后部形成致密的接头，氧 搅拌摩擦焊常见缺陷及其无损检测技术 张光伟1 王晓东2 （1.西安航空发动机（集团）有限公司，陕西 西安 710021； 2.中航发动机控股有限公司，北京 100028） 摘要： 文章介绍了搅拌摩擦焊的几种常见缺陷及其产生原因，并详细介绍了当前搅拌磨擦焊焊缝缺陷可以采用的几种基本无损检测方法，比较其优势与不足，认为目前超声检测与涡流检测方法相结合能够较大程度识别搅拌摩擦焊焊缝缺陷。 关键词： 搅拌摩擦焊；超声波检测；涡流检测；渗透检测；射线检测中图分类号： TG115 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2012）32-0027-03 2012年第32/35期（总第239/242期）NO.32/35.2012 （CumulativetyNO.239/242）
搅拌摩擦焊的原理及其应用 摘要：摩擦焊是利用焊件接触面之间的相对摩擦运动和塑性变形所产生的热量使接触面及附近区域的材料达到热塑性状态，通过两侧材料间的相互扩散和动态再结晶而完成焊接，文章分析了搅拌摩擦焊的工作原理，并论述了其相关的应用。 关键词：搅拌摩擦焊焊接变形焊接工艺 引言 搅拌摩擦焊是英国焊接研究所发明的新型固态塑化焊接技术，是世界焊接技术发展史上自发明到工业应用时间跨度最短并且发展最快的一项连接技术。搅拌摩擦在材料的熔点以下进行，属于固相焊接，因此可以避免熔化焊所产生的气孔、裂纹、变形和氧化等问题。更重要的是焊接加热温度低，使焊接接头软化程度得到减轻，性能得到改善。 搅拌摩擦焊在国外铝合金车体制造方面得到了一定的应用，日本、法国、德国、瑞典等国车辆制造商己经采用搅拌摩擦焊技术制造列车车体，焊接接头性能得到改善，效果良好。国内搅拌摩擦焊在铁道车辆制造方面的应用尚属空白。文章分析了搅拌摩擦焊的工作原理，并论述了其相关的应用。 1 搅拌摩擦焊的工作原理及特点 搅拌摩擦焊接时，搅拌头一边高速旋转，一边沿着焊接方向前进，焊接过程中，搅拌头轴肩与被焊工件表面摩擦产生热量使工件达到塑性状态，塑性状态的金属在搅拌头旋转压力的挤压作用下，沿搅拌针从前进侧被搅拌到后退侧，随着搅拌头的移动，高度塑性变形的金属流向搅拌头的后部，冷却后形成焊缝。在实际工作中，搅拌摩擦焊的焊核由于受到搅拌头的高速旋转挤压作用，该区原始的组织晶粒被搅拌破碎，同时在轴肩与母材摩擦产生的热作用下，发生动态再结晶，由母材轧制状组织变为细小的等轴晶。热机械影响区在搅拌头的高速旋转作用下发生明显塑性变形，受到的摩擦热低于焊核，不足以使组织发生再结晶，因此只发生部分长大。热影响区在热循环作用下，组织晶粒发生二次长大，该区组织明显粗化，甚至比母材还粗大。焊接时搅拌头缓慢插入母材中，摩擦头的轴肩与板材的表面紧密接触并压入一定深度。焊接时摩擦头高速旋转并沿待焊板材的接缝向前运动。摩擦头的轴肩、搅拌针与试件摩擦生热，产生的摩擦热使搅拌针周围金属处于热塑性状态。在摩擦搅拌过程中轴肩一方面提供了大部分的摩擦热，另一方面轴肩的下压作用防止了塑性状态金属的溢出，搅拌针前方塑性状态下的金属在摩擦头的驱动下向后方流动。在搅拌头的摩擦搅拌作用下，搅拌针周围的材料形成塑性层，从而形成了搅拌摩擦焊焊缝，使待焊件焊为一个整体。同时，因为搅拌摩擦焊焊接温度在铝合金熔点以下，使其与普通熔化焊有不同的本质，相应地带来了一系列优点：
搅拌摩擦焊 一、搅拌摩擦焊的定义及原理 搅拌摩擦焊（Friction Stir Welding，简称FSW）是基于摩擦焊技术的基本原理，由英国焊接研究所（TWI）于1991年发明的一种新型固相连接技术。与常规摩擦焊相比，其不受轴类零件的限制，可进行板材的对接、搭接、角接及全位置焊接。与传统的熔化焊方法相比，搅拌摩擦焊接头不会产生与熔化有关的如裂纹、气孔及合金元素的烧损等焊接缺陷；焊接过程中不需要填充材料和保护气体，使得以往通过传统熔焊方法无法实现焊接的材料通过搅拌摩擦焊技术得以实现连接；焊接前无须进行复杂的预处理，焊接后残余应力和变形小；焊接时无弧光辐射、烟尘和飞溅，噪音低；因而，搅拌摩擦焊是一种经济、高效、高质量的“绿色”焊接技术，被誉为“继激光焊后又一次革命性的焊接技术”。 搅拌摩擦焊方法与常规摩擦焊一样，搅拌摩擦焊也是利用摩擦热作为焊接热源。 不同之处在于搅拌摩擦焊焊接过程是由一个圆柱体形状的焊头(伸入工件的接缝处，通过焊头的高速旋转，使其与焊接工件材料摩擦，从而使连接部位的材料温度升高软化同时对材料进行搅拌摩擦来完成焊接的。 二．搅拌摩擦焊焊接过程 搅拌摩擦焊是利用摩擦热作为焊接热源的一种固相连接方法，但与常规摩擦焊有所不同。在进行搅拌摩擦焊接时，首先将焊件牢牢地固定在工作平台上，然后，搅拌焊头高速旋转并将搅拌焊针插入焊件的接缝处，直至搅拌焊头的肩部与焊件表面紧密
接触，搅拌焊针高速旋转与其周围母材摩擦产生的热量和搅拌焊头的肩部与焊件表面摩擦产生的热量共同作用，使接缝处材料温度升高而软化，同时，搅拌焊头边旋转边沿着接缝与焊件作相对运动，搅拌焊头前面的材料发生强烈的塑性变形。随着搅拌焊头向前移动，前沿高度塑性变形的材料被挤压到搅拌焊头的背后。在搅拌头轴肩与焊件表层摩擦产热和锻压共同作用下，形成致密的固相连接接头。搅拌摩擦焊接过程如图所示: 三．搅拌摩擦焊工艺 （一）、搅拌摩擦焊接头形式 搅拌摩擦焊可以实现棒材一棒材、板材一板材的可靠连接，接头形式可以设计为对接、搭接、角接及T形接头，可进行环形、圆形、非线性和立体焊缝的焊接。由于重力对这种固相焊接方法没有影响，搅拌摩擦焊可以用于全位置焊接，如横焊、立焊、仰焊、环形轨道自动焊等。