汽车制造新技术——搅拌摩擦焊

搅拌摩擦焊的特点及应用搅拌摩擦焊是一种利用摩擦加工热和塑性变形原理实现的焊接方法。

它的特点在于焊接过程中不使用传统的焊接热源，而是通过直接对工件施加摩擦力来产生焊接热量。

下面将分别从特点和应用两个方面对搅拌摩擦焊进行详细介绍。

搅拌摩擦焊的特点如下：1. 无熔化和溶合：搅拌摩擦焊不需要熔化焊接材料，而是通过摩擦热和塑性变形来实现焊接。

因此，焊接过程中没有熔化和溶合现象，可以避免焊接材料的氧化、烧损和变质。

同时，焊接接头的化学成分保持不变，焊接区域不会出现气孔和夹杂物。

2. 低热输入和变形小：搅拌摩擦焊的焊接热输入相对较低，对于焊接材料的热影响区域较小。

因此，焊接过程中产生的热应力和残余应力较小，可以有效控制焊接接头的变形。

此外，由于焊接过程中材料处于固态状态，不会出现晶粒长大和固溶体析出的问题。

3. 高焊接质量和可靠性：由于搅拌摩擦焊焊接过程中不会出现气孔、夹杂物和缺陷等问题，因此焊接接头的质量较高。

同时，由于焊接接头的机械性能与基材的一致性较好，焊缝区域的强度通常高于基材的强度。

对于特殊材料，如铝合金、镁合金等，搅拌摩擦焊能够实现高强度焊接，提高焊接接头的可靠性。

4. 适应范围广：搅拌摩擦焊适用于多种材料的焊接，包括金属和非金属材料。

金属材料如铝合金、镁合金、钢材等可以通过搅拌摩擦焊实现焊接。

非金属材料如塑料、复合材料、陶瓷等也可以进行搅拌摩擦焊。

这种特性使得搅拌摩擦焊在航空航天、汽车制造、轨道交通等领域具有广阔的应用前景。

搅拌摩擦焊的应用主要包括以下几个方面：1. 铝合金焊接：铝合金是航空航天和汽车等行业常用的材料，传统焊接方法在焊接铝合金时存在困难。

而搅拌摩擦焊能够实现高强度、无缺陷的铝合金焊接，因此被广泛应用于铝合金结构件的制造。

2. 钢材焊接：搅拌摩擦焊也可以用于焊接钢材。

虽然钢材的焊接温度较高，但由于搅拌摩擦焊的热输入较低，因此不会产生较大的热影响区域和热应力。

同时，焊接接头的力学性能较好，适用于特殊场合对焊接接头强度和可靠性要求较高的钢材焊接。

图１ 搅拌摩擦焊工作原理图２ 铸造铝合金和６ｍｍ铝合ＦＳＷ接头６ｍｍ　６０８２铝合金板材铸造铝合金对于焊接材料而言，搅拌摩擦焊可以焊接所有牌号的铝合金，包括可以熔焊的５０００、６０００系列铝合金和熔焊难以焊接的２０００、７０００和铝锂合金材料；同时搅拌摩擦焊还可以实现不同种材料的连接。

正常情况下，搅拌摩擦焊不需要焊丝和保护气，焊接过程消耗较少。

焊接接头强度可以达到母材金属的８０％以上。

搅拌摩擦焊目前可以实现所有的熔焊焊接结构，通过搅拌摩擦焊设备，可以实现１Ｄ、２Ｄ和３Ｄ结构的焊接。

并且由于焊透控制可以通过搅拌头来保证，所以迄今搅拌摩擦焊最大焊接深度还没有得到定义，图３为英国焊接研究所焊接的１００ｍｍ厚度的搅拌摩擦焊接头。

图３ ＴＷＩ焊接的厚度为１００ｍｍ的搅拌摩擦焊接头汽车铝合金材料汽车通常选用能够大批量制造的商业化金属材料制造，使用比较普遍的一种是薄板低碳钢，另一种是铝合金。

铝合金材料很早就在国外越野汽车如ＬＡＮＤ　ＲＯＶＥＲ、运动赛车和高档轿车奥迪中使用，　并且由于汽车发展轻量化趋势的要求，铝合金在汽车中的使用越来越多，有资料显示，铝合金代替传统的钢铁制造汽车可使整车重量减轻３０％～４０％，制造发动机可减轻３０％，制造缸体和缸盖可减轻３０％～４０％，制造车轮可减轻５０％。

图４为美国福特公司２００５年利用搅拌摩擦焊汽车焊接Automobile Welding挪威Ｈｙｄｒｏ　Ａｌｕｍｉｎｕｍ公司首先利用搅拌摩擦焊实现了铝合金汽车轮毂的搅拌摩擦焊制造，如图６所示，即利用铝合金板材搅拌摩擦焊成为筒体结构，再利用液压滚压成形技术压制成设计形状，然后再利用搅拌摩擦焊将锻压或铸造轮副连接在轮鼓上，这种制造工艺既减轻了轮箍重量也简化了生产成本和提高生产效率。

目前，该技术已经在日本、澳大利亚和中国等地投入批量化铝合金轮毂生产。

汽车悬挂臂目前已经实现搅拌摩擦焊制造，如图７ａ所示，日本Ｓｈｏｗａ　Ａｌｕｍｉｎｕｍ和Ｔｏｋａｉ　Ｒｕｂｂｅｒ公司在２００４年就利用搅拌摩擦焊把挤压型材制造的悬挂头与直径２０～３０ｍｍ的铝合金管材焊在一起，实现汽车悬挂系统铝合金悬臂搅拌摩擦焊批量化制造。

搅拌摩擦焊搅拌摩擦焊（Friction Stir Welding ，简称FSW ）是由英国焊接研究所于1991年提出的一种固态连[1]接方法。

与传统的熔化焊接方法相比较，搅拌摩擦焊具有晶粒细小、力学性能良好、焊接时不需使用保护气体、焊接后残余应力和变形小等优[2]点。

搅拌摩擦焊自提出以来，引起了各国学者和研究机构的广泛重视，成为了国内外的研究热点。

经过十几年的发展，搅拌摩擦焊这种新型固相焊接方法已经从技术研究层面迈向高层次的工程化和工业化应用阶段，成为铝及铝合金首选的连接工艺。

目前，搅拌摩擦焊在航空航天工业、造船业、汽车业等工业领域有了广泛的应用。

近年来，国内轨道车辆制造技术快速改进，搅拌摩擦焊技术开始用于铝合金车体制造。

搅拌摩擦焊铝合金车体的成功试制，标志着搅拌摩擦焊技术在国内轨道车辆工程化应用的开始。

1、搅拌摩擦焊工艺及接头组织性能特点1.1 搅拌摩擦焊焊接工艺过程[3]搅拌摩擦焊的焊接工艺如图1-1所示。

置于垫板上的对接工件通过夹具夹紧，以防止对接接头在焊接过程中松开。

一个带有特型焊针的搅拌焊头旋转并缓慢插入两块对接板材之间的焊缝处。

焊针的长度接近焊缝的深度，当旋转的焊针接触工件表面时，与工件表面快速摩擦产生的摩擦热使接触点材料的温度升高，强度降低。

焊针在外力作用下不断顶锻和挤压接缝两边的材料，直至轴肩紧密接触工1-接缝；2-搅拌头前沿；3-前进侧；4-母材；5-搅拌针；6-搅拌头后沿；7-焊缝；8-搅拌头旋转方向；9-后退侧图1-1 搅拌摩擦焊焊接工艺过程件表面为止。

这时，由旋转轴肩和焊针产生的摩擦热在轴肩下面和焊针周围形成大量的塑化层。

当工件相对焊针移动或焊针相对工件移动时，在焊针侧面和旋转方向上产生的机械搅拌和顶锻作用下，焊针的前表面把塑化的材料移送到焊针后表面。

这样，焊针沿着接缝前进时，搅拌焊头前头的对接接头表面被摩擦加热至轴向压力 前进方向12 34 56789超塑性状态。

结果，焊针摩擦接缝，破碎氧化膜，搅拌焊头后方的磨碎材料。

搅拌摩擦焊原理
搅拌摩擦焊是一种固态焊接方法，通过机械震动和摩擦热来实现焊接。

其原理基于热塑性材料的可塑性和可变形性，通过摩擦热加热两个焊接件的接触面，使金属软化并形成可塑性，然后施加压力，使两个焊接件发生塑性变形混合，最终形成均匀的焊缝。

搅拌摩擦焊主要包括以下几个步骤：
1. 两个待焊接的金属件通过紧密贴合。

2. 在接触面之间施加一定的压力。

3. 使用专用搅拌头，通过高速旋转在接触面上施加摩擦力，引发摩擦热。

4. 随着摩擦热的积累，金属开始加热并软化。

5. 一旦达到足够的软化温度，停止搅拌并继续施加压力，使两个金属件发生塑性变形。

6. 继续施加压力，使金属在接触面上混合，形成焊缝。

7. 冷却后，焊缝区域重新硬化，完成搅拌摩擦焊。

搅拌摩擦焊具有许多优点，包括焊接速度快、焊接接头强度高、焊接过程无火花、无气体和溶剂的排放等。

它可以应用于各种金属材料的焊接，特别适用于铝合金、镁合金等难焊性材料。

搅拌摩擦焊广泛应用于汽车制造、航空航天、船舶制造等领域。

铝合金新能源汽车机壳搅拌摩擦焊加工铝合金新能源汽车机壳搅拌摩擦焊加工，一听这个名字是不是有点“高大上”？其实啊，说白了，就是一种专门用来把铝合金零件“咬合”在一起的方法。

你看这名字，搅拌摩擦焊，听起来像是个厨房里的搅拌机在忙活啥，实际上，搞的是金属焊接。

别急，别急，咱慢慢聊，了解清楚了，你就会发现这玩意儿可比想象中有意思多了！大家可能对铝合金并不陌生，尤其是新能源汽车这块，铝合金几乎成了标配。

轻便、耐腐蚀、强度也不差，正好能满足电动汽车对车身轻量化的要求。

车身轻了，电池续航就更长，效率更高，性能更好。

那你肯定会问了，铝合金的零件怎么拼接在一起呢？哈哈，这就要说到搅拌摩擦焊了。

搅拌摩擦焊其实就是利用摩擦生热，把两块金属材料“融合”在一起。

你想象一下，两个金属片像两个小伙伴站在一起，有点小拘谨，怎么办呢？我们就用一个转动的工具去把它们“搅拌”一番，让它们从两片生硬的金属变成一体的东西。

不是那种传统的焊接，烧得通红，一堆飞溅的火花，而是通过物理的摩擦热把金属“糅合”在一起，整个过程不但干净，还能保持铝合金的本身特性，焊缝强度高，外形也很平整。

说到这里，可能有人会想，这么复杂的工艺，是不是搞得特别高大上、昂贵呢？其实吧，这种焊接技术虽然听上去有点“装逼”，但实际操作起来，比传统焊接方便多了，而且性价比超高。

以前，如果你想把铝合金件焊接在一起，可能需要很高的温度，甚至用到一些特殊的焊丝，麻烦不说，焊接出来的部位有时候还会变形，真的是“费劲心力”。

但搅拌摩擦焊可不一样，它是通过旋转工具与铝合金接触，利用摩擦力在局部区域产生热量，然后把金属的结构打乱，重新“融合”，完成一个强度不错、形态美观的焊接接头。

最酷的地方在于，这项技术特别适合新能源汽车领域，尤其是车身的铝合金机壳。

为什么呢？因为电动汽车特别注重车身的强度和轻量化。

你想啊，车身要结实，撞击时能保护车主安全，但又不能太重，否则续航会下降，电池得超负荷工作。

搅拌摩擦焊技术
1. 搅拌摩擦焊是熔接金属材料的无焊接方法,它对厚度较厚的工件,尤其是对零件中
厚度变化较大的坡口连接,效果更佳,也比剪切连接更可靠。

搅拌摩擦焊技术通过将原料金
属摩擦加热而使之融合。

搅拌摩擦焊结合了摩擦焊的融合金属诱导和搅拌的大量焊接固
溶效果的优点，神始看到应用更加广泛，已经成功应用于航空航天、汽车、船舶等领域。

2. 搅拌摩擦焊技术可分为三大部分：物料准备与预处理、搅拌摩擦焊系统与参数控
制和处理后台检验等。

其中物料准备与预处理包括材料选择、清理、切割、锻造等；搅拌
摩擦焊系统与参数控制部分要根据不同材料来确定一系列熔接参数，控制摩擦焊系统；处
理后台检验部分需要进行超声波探伤、熔合区显微组织分析以及力学性能检测。

3. 搅拌摩擦焊技术有很多优点，其中最重要的是可以节省焊材，并且可以达到同种
金属材料熔接更佳的效果。

此外，搅拌摩擦焊技术还可以减少工件对焊接产生的受损，也
可以大大节约工序耗费的时间。

4. 搅拌摩擦焊技术在焊接应用中也有一些问题需要重视，其中最大的问题就是冷锤
在熔接区附近残留的块状熔接金属，这些块状熔接金属的残留会影响熔接的强度和密封性，从而增加故障率。

另外，在搅拌摩擦焊中摩擦力的控制也非常重要，过大的摩擦力会使焊
接的温度偏高，容易造成焊接变形或脆性断开。

5. 搅拌摩擦焊技术是一种新型的熔接技术，在实际应用中要根据不同材料来制定适
当的焊接工艺参数，控制摩擦力等要素，从而获得高质量的焊接。

搅拌摩擦焊技术的工艺和设备创新搅拌摩擦焊（Friction Stir Welding，FSW）是一种先进的焊接技术，它通过搅拌和摩擦热的作用，将金属材料焊接在一起。

与传统的焊接方法相比，搅拌摩擦焊具有许多优势，如焊接接头强度高、无焊缝气孔等缺陷、焊接过程无需外部焊接材料等。

在工艺和设备方面的创新使得搅拌摩擦焊技术在许多领域得到广泛应用。

搅拌摩擦焊的工艺创新主要体现在焊接参数的优化和控制上。

焊接参数的优化是指通过调整焊接过程中的转速、下压力、焊接速度等参数，以获得最佳的焊接效果。

例如，通过增加转速可以提高焊接接头的强度，而降低下压力可以减少焊接过程中的材料损伤。

此外，还可以通过改变焊接速度来控制焊接过程中的热输入，从而影响焊接接头的显微组织和性能。

在焊接参数的控制方面，搅拌摩擦焊技术也取得了重要进展。

传统的焊接方法通常需要熔化金属并形成焊缝，而搅拌摩擦焊则是通过搅拌和压力来实现焊接。

因此，焊接过程中的温度和应力分布与传统焊接方法有很大的不同。

为了实现良好的焊接效果，需要对焊接过程进行精确的控制。

近年来，研究人员通过数值模拟和实验研究，建立了焊接过程的数学模型，并开发了相应的控制系统。

这些工作为搅拌摩擦焊技术的工艺优化和自动化提供了重要的支持。

除了工艺创新，搅拌摩擦焊的设备创新也是推动其应用的重要因素。

搅拌摩擦焊设备主要由焊接头、转速控制系统和下压力控制系统等组成。

近年来，随着搅拌摩擦焊技术的发展，设备的性能和功能也得到了大幅提升。

例如，一些新型的搅拌摩擦焊设备采用了先进的传感器和控制系统，可以实现对焊接参数的实时监测和调整。

此外，还有一些设备采用了机器人技术，可以实现对复杂结构的焊接。

这些设备的创新使得搅拌摩擦焊技术在航空航天、汽车制造、船舶建造等领域得到了广泛应用。

在航空航天领域，搅拌摩擦焊技术已经成为飞机结构件的主要焊接方法。

与传统的铆接方法相比，搅拌摩擦焊具有焊接接头强度高、重量轻、无气孔等优点，可以有效提高飞机的性能和可靠性。

搅拌摩擦焊搅拌摩擦焊，是一种新型的焊接技术，也被称为搅拌摩擦联接。

它是通过在焊接区域旋转和挤压两个金属工件来产生热量和塑性变形，从而使两个工件达到联接的目的。

与传统的焊接技术相比，搅拌摩擦焊具有许多优点，如焊接速度快、焊缝质量高、金属变形小等。

本文将详细介绍搅拌摩擦焊的原理、应用和发展趋势。

一、搅拌摩擦焊的原理搅拌摩擦焊的原理是在两个金属工件之间施加旋转和挤压力，产生热量和塑性变形，从而使两个工件达到联接的目的。

搅拌摩擦焊的焊接区域主要由以下几个部分组成：1. 摩擦区：是指两个金属工件之间产生的热量和塑性变形的区域，也是焊接区域的主要部分。

在摩擦区，由于热量和挤压力的作用，金属工件的表面会产生摩擦热，从而使金属表面熔化和塑性变形。

在摩擦区，金属工件的晶粒也会受到影响，产生细化和变形，从而提高焊缝的质量。

2. 搅拌区：是指焊接区域中金属工件被挤压和旋转产生的区域。

在搅拌区，金属工件的晶粒也会受到影响，产生细化和变形，从而提高焊缝的质量。

3. 热影响区：是指焊接区域中受到热影响但未受到塑性变形的金属区域。

在热影响区，金属工件的晶粒也会受到影响，但不会产生细化和变形。

二、搅拌摩擦焊的应用搅拌摩擦焊的应用非常广泛，可以用于焊接各种金属材料，如铝合金、镁合金、钛合金、铜、钢等。

它在航空、汽车、船舶、铁路、电子、建筑等领域都有着广泛的应用。

1. 航空领域：搅拌摩擦焊可以用于制造航空器的结构件，如机翼、尾翼、机身等。

它可以提高焊缝质量，减少金属变形，从而提高航空器的性能和安全性。

2. 汽车领域：搅拌摩擦焊可以用于制造汽车的车身、底盘、发动机等部件。

它可以提高焊缝质量，减少金属变形，从而提高汽车的性能和安全性。

3. 船舶领域：搅拌摩擦焊可以用于制造船舶的船体、船舶设备等部件。

它可以提高焊缝质量，减少金属变形，从而提高船舶的性能和安全性。

4. 铁路领域：搅拌摩擦焊可以用于制造铁路车辆的车体、车轮等部件。

它可以提高焊缝质量，减少金属变形，从而提高铁路车辆的性能和安全性。

焊接工艺中的摩擦搅拌焊技术摩擦搅拌焊技术在焊接工艺中的应用摩擦搅拌焊（Friction Stir Welding，FSW）技术，作为一种新兴的焊接工艺，正在逐渐得到人们的关注和认可。

它的出现不仅改变了传统焊接方法，还带来了许多优势和创新。

本文将从摩擦搅拌焊技术的原理、应用范围和未来发展等方面，探讨其在焊接工艺中的重要性和价值。

一、摩擦搅拌焊技术的原理摩擦搅拌焊技术是一种无熔区焊接方法，它利用回转的焊接工具，通过摩擦加热和搅拌的作用，将金属板材相互连接。

其原理主要包括以下几个方面：1. 摩擦加热：焊接工具通过与工件的摩擦产生热量，将工件表面加热至可塑性温度，但不达到熔点。

这种无熔区的加热方式是摩擦搅拌焊的特点之一。

2. 塑性流动：在摩擦作用下，金属材料开始发生塑性变形，产生较强的流动性，但保持了原有的晶体结构。

通过搅拌工具的旋转和推进，工件的材料被搅拌成连续的焊接接头。

3. 冷却固化：在搅拌过程中，焊接接头由于摩擦加热而达到可塑性状态，但在离开焊接工具后，温度迅速下降，接头被固化为连续的金属接合部分。

二、摩擦搅拌焊技术的应用范围摩擦搅拌焊技术以其独特的焊接原理和优异的性能，广泛应用于不同材料的焊接领域。

其主要应用范围包括以下几个方面：1. 航空航天领域：摩擦搅拌焊技术可以用于航空航天器件的连接，例如飞机翼板、舱壁、涡轮发动机叶片等。

这种焊接方法能够减少热输入，提高焊接质量和强度，减小了焊接变形和应力集中的问题。

2. 轨道交通领域：摩擦搅拌焊技术可以应用于轨道交通车辆的制造和维修。

例如，高铁列车的车体焊接、地铁车辆的连接等。

由于摩擦搅拌焊能够避免焊接变形和减小焊接缺陷，因此能够提高车辆的运行平稳性和安全性。

3. 汽车制造领域：摩擦搅拌焊技术可以应用于汽车车身的焊接。

与传统的焊接方法相比，摩擦搅拌焊能够提供更强的接头强度和密封性，同时还能够降低噪音和振动，提高车身的刚性和安全性。

4. 电子设备领域：摩擦搅拌焊技术可以用于电子设备的组装和连接。

搅拌摩擦焊在汽车工业中的应用引言随着汽车工业的快速发展，汽车制造商不断寻求新的焊接技术来提高生产效率和提供更高质量的焊接连接。

搅拌摩擦焊（F ri ct io nS ti rW el d in g，简称FS W）作为一种创新的焊接方法，在汽车制造业中得到了广泛应用。

本文将探讨搅拌摩擦焊在汽车工业中的应用以及其优势。

1.搅拌摩擦焊的原理搅拌摩擦焊是一种通过转动和横向移动的无传统熔化焊接过程。

其原理是通过固态摩擦加热使焊接接头材料软化，并通过下压力和搅拌运动实现焊接。

这种焊接方法不需要填充金属或焊接材料，具有较高的焊接速度和良好的焊接质量。

2.搅拌摩擦焊在汽车制造中的应用2.1汽车车身焊接搅拌摩擦焊被广泛用于汽车制造的车身焊接。

在传统的车身制造过程中，汽车车身需要通过多个焊接点连接。

而使用搅拌摩擦焊，可以将车身板材焊接成较大的整体结构，提高了焊接连接的强度和刚性，同时减少了焊接缺陷的发生。

2.2材料连接为了降低汽车的重量并提高燃油效率，汽车制造商越来越多地采用铝合金和其他轻质材料作为车身结构材料。

搅拌摩擦焊被广泛应用于这些材料的连接，因为它能够有效地实现不同材料之间的焊接，提供坚固的连接和良好的密封性，同时减少了不同材料之间的反应。

2.3零部件焊接除了车身焊接和材料连接，搅拌摩擦焊还被应用于汽车零部件的焊接，例如发动机零部件、制动系统和底盘组件等。

搅拌摩擦焊能够实现零部件的高强度连接，同时提供良好的密封性和耐高温性能，满足汽车工业对零部件焊接质量和可靠性的需求。

3.搅拌摩擦焊的优势3.1高焊接速度与传统的焊接方法相比，搅拌摩擦焊具有更高的焊接速度。

这是因为搅拌摩擦焊不需要等待焊接材料熔化和凝固，而是通过摩擦加热和搅拌运动实现焊接，大大缩短了焊接时间。

3.2良好的焊接质量搅拌摩擦焊能够提供高强度、无缺陷的焊接连接。

焊接区域经过搅拌摩擦焊处理后，具有均匀的组织和细小的晶粒尺寸，提高了焊接接头的强度和硬度。