2011摩擦焊

铜铝异种金属搅拌摩擦焊工艺研究

张强;徐洪雨;莫新东;江传斌;秦若东;王金凤

【摘 要】对2 mm厚的纯铝板和紫铜板的搭接接头的搅拌摩擦焊进行试验研究,分析了工艺参数对焊接质量的影响.结果表明:在试验条件下,焊接速度为60 mm/min、搅拌头旋转速度为700 r/min、下压量为2.80 mm时,焊接接头抗拉强度达到最大值(96 N/mm2),其为铝母材强度的78％,焊接接头成形良好,无明显缺陷.

【期刊名称】《轻合金加工技术》

【年(卷),期】2018(046)012

【总页数】5页(P51-55)

【关键词】搅拌摩擦焊;铜铝异种金属焊接;焊接参数;力学性能

【作 者】张强;徐洪雨;莫新东;江传斌;秦若东;王金凤

【作者单位】湖北汽车工业学院材料科学与工程学院,湖北十堰442002;湖北汽车工业学院材料科学与工程学院,湖北十堰442002;湖北汽车工业学院材料科学与工程学院,湖北十堰442002;湖北汽车工业学院材料科学与工程学院,湖北十堰442002;湖北汽车工业学院材料科学与工程学院,湖北十堰442002;湖北汽车工业学院材料科学与工程学院,湖北十堰442002

【正文语种】中 文

【中图分类】TG453.9

铜由于具有优良的物理化学性能和加工性能，在电气、机械制造、国防等工业领域得到广泛应用[1]。然而铜的储量比较少，在地壳中的含量稀少，所以是许多国家短缺的金属。铝的导电率比铜的低一些，但是铝的储量丰富，再加上铝的价格较低(为铜的1/3左右)[2],在某些产品和部件上用铝部分代替铜，可以有效地节约铜资源、降低生产成本、减轻部件的重量。因此，研究铜铝异种金属连接具有重要的意义。

在异种金属焊接方面，有一些异种金属材料可以采用熔化焊方法，但是当异种金属焊接的焊缝接头容易形成脆性金属间化合物时，就很难获得良好的焊缝，对于这样的异种金属用熔焊方法是不理想的。而钎焊方法则需要准确确定钎料成分和钎焊工艺，并且焊接效果也不太好。压焊是一种较好的焊接异种材料的方法，比熔化焊和钎焊的焊接质量高一些，但是压焊对焊接接头形式一般会有要求，应用范围有限制，如压焊中的摩擦焊一般只能应用于轴类零件。真空扩散焊或爆炸焊常受到设备和接头形式限制，在很多场合并不能使用。这些传统的焊接方法对于实现异种金属焊接都存在一定的缺陷和局限性[3]。

1．标准规定了承压设备（锅炉、压力设备、压力管道）的对接焊缝和角焊缝焊接工艺评定、耐蚀堆焊工艺评定、复合金属材料焊接工艺评定、换热管与管板焊接工艺评定和焊接工艺附加评定以及螺柱电弧焊工艺评定的规则、试验方法和合格指标。

本标准适用于气焊、焊条电弧焊、埋弧焊、钨极气体保护焊、熔化极气体保护焊、电渣焊、等离子弧焊、摩擦焊、气电立焊和螺柱电弧焊等焊接方法。

本标准不适用于气瓶。

作业指导书WWi和预焊接工艺规程PWPS都是用于指导具体某一条或某一类焊缝的焊接的。不同的是，我们通常所说的作为指导书WWI是指导具体产品上的某一条或某一类焊缝的焊接的，而预焊接工艺规程PWPS就指导焊接工艺评定试板的焊接的。

当焊接工艺评定合格时，WWI才有可能与PWPS内容相类似，而大多数时候，PWPS中的规范参数都比WWI中的要大，因为焊接工艺评定试验就是要在最恶劣的情况下检验该套焊接工艺的准确性与合理性。

所以个人认为，当焊接工艺评定合格后，PWPS与WPS应该是一样的，而WWI只是从WPS中引申出来的，针对具体某个产品上的某条焊缝或某类焊缝的作业指导，WWI的使用范围比WPS要小。·

本人做过几年的焊接工艺工作，对于异种钢焊接接头的冲击功的合格指标，个人是这样理解的：

两侧热影响区的冲击功合格指标按各自母材的指标判定；

焊缝的按所用焊接材料的指标判定。

原因是焊缝的组成大部份是由焊接材料提供的；另外，同一个异种钢焊接接头，在不同的情况和条件下，选用的焊接材料可能会不一样，这个时候以所用焊接材料的冲击功合格指标来判定焊缝的冲击功是否合格是最合理的。

如果不同意上述观点，个人认为可以按照冲击功指标较低的一侧母材的指标来判定。

因为既然设计选择了这里可以用两种指标不一样的材料来组成这个焊接接头，那说明指标较低的那种材料也能够满足产品运行过程中的冲击使用要求，所以没必要按指标较高的来进行判定。

实际生产中，相信大家在异种钢焊接选择焊接材料时，一般都是就高不就低吧，那这样一来的话，无论焊缝的冲击功是按照焊接材料的指标来判定，还是按照合格指标较高侧的母材的指标来判定，问题应该都不大吧

特种焊接方法与工艺大作业

——摩擦焊焊接技术

姓名： ***

学号： 20

班级： 10焊接

天津滨海职业学院

2011年12月

摩擦焊焊接技术

一、 摩擦焊的定义

摩擦焊（Friction Welding，FW）是利用焊件接触的端面相对运动中相互摩擦所产生的热，使端面达到热塑性状态，然后迅速顶锻，完成焊接的一种固相焊接方法。

二、 摩擦焊的基本原理

摩擦焊焊接过程是在压力的作用下，相对运动的待焊材料之间产生摩擦，使界面及附近温度升高并达到热塑性状态，随着顶锻力的作用，界面氧化膜破碎，材料发生塑性变形与流动，通过界面元素扩散及再结晶冶金反应而形成接头。

焊接过程不加填充金属，不需焊剂，也不用保护气体，全部焊接过程只需几秒钟。

两焊件结合面之间在较高的压力下高速旋转相互摩擦产生了两个重要的效果：一是破坏了结合面的氧化膜或其他污物，使纯净金属暴露出来；另一个是摩擦生热，使结合面很快形成热塑性层。在随后的摩擦扭矩和轴向压力作用下这些破碎的氧化物和部分塑性层被挤出结合面外形成飞边，剩余的塑性变形金属就构成了焊缝金属，最后的顶锻使焊缝金属获得进一步锻造，形成了质量良好的焊接接头。

三、 摩擦焊的特点

（1）焊接施工时间短，生产效率高。

（2）焊接热循环引起的焊接变形小，焊后尺寸精度高，不用焊后校形和消除应力。

（3）机械化、自动化程度高，焊接质量稳定。当给定焊接条件后，操作简单，不需要特殊的焊接技术人员。

（4）适合各类异种材料的焊接，对常规熔化下不能焊接的铝-钢、铝-铜、钛-铜、金属间化合物-钢等都可以进行焊接。

（5）可以实现同直径、不同直径的棒材和管材的焊接。

（6）焊接时不产生烟雾、弧光以及有害气体等，不污染环境。同时，与闪光焊相比，电能节约5-10倍。

四、 摩擦焊的应用

目前我国摩擦焊技术的应用比较广泛，可焊接直径3.0～120mm的工件以及8000mm²的大截面管件，同时还开发了相位焊和径向摩擦焊技术，以及搅拌摩擦焊技术。不仅可焊接钢、铝、铜，而且还成功焊接了高温强度级相差很大的异种钢和异种金属，以及形成低熔点共晶和脆性化合物的异种金属。如高速钢—碳钢、耐热钢—低合金钢、高温和金—合金钢、不锈钢—低碳钢、不锈钢—电磁铁以及铝—铜、铝—钢等。

ISO 25239-2:2011

搅拌摩擦焊—铝

第2部分：：焊接接头的设计

狮子十之八九 译

目录

前言

引言

1 范围

2 引用标准（略）

3 名词和术语

4 设计的要求

4.1 文件

4.2 接头的设计

4.3 附加的信息

前言

ISO（国际标准化组织）是一个世界范围内的国家标准学会（ISO成员组织）的联合体。制定国际标准的工作

经由ISO技术委员会归口负责。每个成员组织开发一个项目，由此便形成一个技术委员会，此成员组织有权

代表该技术委员会。国际组织、政府与非政府机构协同ISO共同参与工作。ISO针对于电工标准化所有事宜

和国际电工委员会（IEC）紧密合作。

本文件的起草符合ISO/IEC 指令中第2部分的相关规则。

由技术委员会通过国际标准草案提交成员国投票表决，需要得至少75%参加表决的成员国的同意，才能作为

国际标准正式发布。

ISO25239-2是由国际焊接学会制订的，国际焊接学会已被ISO理事会批准为焊接领域的国际标准化机构。

ISO25239（总的的题目：搅拌摩擦焊—铝）系列标准有以下部分组成：

——第1部分：术语

——第2部分：焊接接头的设计

——第3部分：焊接操作工的资质

——第4部分：焊接工艺评定

——第5部分：质量和检验的要求

对于ISO25239的本部分的任何官方问题，应通过您所在国家标准委员会递交给ISO秘书处。

引言

焊接广泛应用于工程结构制造。在第二十世纪后半叶以来，熔化焊接工艺（其中熔化指母材和通常是填充金

属的熔化），主导了大量结构的焊接。在1991年，韦恩托马斯（Wayne Thomas）在TWI发明的摩擦搅拌焊

接（FSW），其原理是固相连接技术（不熔化）。

随着FSW应用日益增加，产生了制订国际标准的需求，以确保其能以最有效的方式进行焊接，并在所有的操

作方面进行合理的控制。本国际标准着重于铝的搅拌摩擦焊，因为在出版时，搅拌摩擦焊的大多数商业应用

与铝有关。例如轨道车辆、消费品、食品加工设备、航空航天结构和船舶。