铝合金搅拌摩擦焊工艺 -回复

铝合金船舶的搅拌摩擦　

焊接工艺　

０引　言　英国焊接研究所　Ｆｒｅｄ　Ｄｅｌａｎｙ　Ｓｔｅｐｈａｎ　Ｗ　Ｋａｌｌｅｅ　Ｍｉｋｅ　Ｊ　Ｒｕｓｓｅｌｌ　

由英国焊接研究所（ＴＷＩ）发明的搅拌摩擦焊　（Ｆｒｉｃｔｉｏｎ　Ｓｔｉｒ　Ｗｅｌｄｉｎｇ简称ＦＳＷ），是用一种利用耐磨　的旋转工具将铝、镁和铜的板材或型材材料连接的工　艺。焊接件一直保持低于熔点的固相状态。目前，锌、　铅、钛、镍以及钢等材料的搅拌摩擦焊还处于试验阶　段。低的热输入和光滑的焊缝表面，使得ＦＳＷ拥有良好　的力学性能和低变形等特点。　由于搅拌摩擦焊接工艺在较低温度状态下进行，　因此可以焊接蜂窝结构或夹层板的铝制蒙皮，同时避　免了内外分层。低温的搅拌摩擦焊也可对异种材料进　行焊接。　自从１９９１年ＴＷＩ发明搅拌摩擦焊接以来，该项技　术就在全球范围的许多领域得到应用，特别是用于铝　合金部件和拼板的制造。北欧斯堪的纳维亚铝合金制　造商Ｔｒｅｎｄｓｅｔｔｅｒｓ在１９９５年首次将该工艺用于空心结　构低温冷藏柜体壁板、船甲板及舱壁铝板的制造。搅拌　摩擦焊接结构正在改变由轻型部件构成的高速渡轮、　气垫船和游轮等制造手段（图１和图２）。　在造船行业，很多公司利用搅拌摩擦焊工艺进行　大型铝合金甲板的焊接。商用的搅拌摩擦焊设备已经　投入使用，可进行长达１６　ｍ的焊接。目前，ＴＷＩ已特许　１７１家单位使用该工艺，大部分使用许可持有者是工业　生产企业。他们在日本、美国、中国、欧洲以及北欧斯堪　的纳维亚地区进行搅拌摩擦焊接工艺的开发利用。　搅拌摩擦焊接（ＦＳＷ）使用非损耗的旋转工具，沿　图１采用ＦＳＷ预制豪华游轮上的铝合金甲板　

图２使用搅拌摩擦焊焊接甲板的豪华型　游轮　着两个部件的连接处移动，形成高质量的对接或者搭　接焊缝。搅拌摩擦焊接工具是一种特殊外形的针状搅　拌头。该搅拌针连接在比其自身直径大的轴肩上（图３）。　在对焊中，搅拌针的长度与工件的厚度相近。因此搅拌　针会几乎完全穿透焊件。搅拌针沿着待焊界面前进，同　时，轴肩紧密接触工件上表面，以防金属材料软化。该　方法可看作是旋转的搅拌针周围的挤压形成连续的固　相焊缝的成形方法。　２００７年第５期　

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。

铝合金搅拌摩擦焊工艺

铝合金搅拌摩擦焊是一种先进的焊接技术，具有高效、节能、环保等优点。本文将详细介绍铝合金搅拌摩擦焊工艺的各个环节，帮助读者更好地了解这一技术。

一、焊接准备

在进行铝合金搅拌摩擦焊之前，需要进行充分的焊接准备。这包括检查工件表面的油污、锈迹等杂质，确保工件表面干净整洁。同时，需要准备好搅拌头、焊机、夹具等焊接工具，并对工具进行必要的检查和调整。

二、装配

铝合金搅拌摩擦焊的装配过程需要严格按照工艺要求进行。首先，要将工件放置在夹具中，确保工件的位置和角度正确。然后，根据焊接工艺要求，选择合适的搅拌头，并将其插入到工件中。在装配过程中，需要保证搅拌头的稳定性和准确性，避免出现偏移或倾斜现象。

三、搅拌头插入

搅拌头的插入是铝合金搅拌摩擦焊的关键步骤之一。在插入过程中，需要控制好搅拌头的插入深度和角度，确保其与工件表面紧密贴合。同时，要避免搅拌头与工件表面产生过大的摩擦力，以免造成工件表面损伤或搅拌头损坏。

四、搅拌摩擦

在进行搅拌摩擦时，需要控制好搅拌头的旋转速度和压力，使焊缝处的材料充分流动和混合。同时，要控制好焊接温度，避免出现过热或冷却不均匀现象。在搅拌摩擦过程中，还需要注意搅拌头的磨损情况，及时更换磨损严重的搅拌头。

五、焊接过程控制

铝合金搅拌摩擦焊的过程控制是保证焊接质量的关键。在焊接过程中，需要实时监测焊接温度、压力、旋转速度等参数，并根据实际情况进行调整。同时，要严格控制焊接时间，确保焊缝处的材料充分熔化和混合。在焊接过程中，还需要注意防止外部因素对焊接质量的影响，如振动、污染等。

六、焊后处理

铝合金搅拌摩擦焊完成后，需要进行必要的焊后处理。这包括对焊缝进行冷却、去除焊渣、对焊缝进行修整等。在冷却过程中，要控制好冷却时间和方式，避免出现裂纹等现象。同时，需要去除焊缝表面的焊渣和氧化物，修整焊缝的形状和尺寸，使其符合工艺要求。

七、质量检测

质量检测是保证铝合金搅拌摩擦焊接质量的必要环节。检测内容包括外观检测、无损检测、力学性能检测等。外观检测主要检查焊缝的形状、尺寸、表面质量等；无损检测主要通过X射线、超声波等方法检测焊缝内部是否存在缺陷；力学性能检测主要测试焊接接头的拉伸、弯曲、冲击等性能指标。通过质量检测可以全面评估焊接质量，及时发现并处理存在的缺陷和问题。

1 4mm 1050 搅拌摩擦焊焊接工艺

一、母材技术及状况

1．工件材质：1050

2．⑴材料性质：1050铝合金为纯铝中添加少量铜元素形成，具有极佳的成型加工性质、高耐腐蚀性、良好的焊接性和导电性。广泛应用于对强度要求不高的产品，如化工仪器、薄板加工件、深拉或旋转凹形器皿、焊接零件、热交换器、钟表面及盘面、铭牌、厨具、装饰品、反光器等。具体化学成分见表1：

表1 1050 化学成分

化学成分 Al Si Cu Mg Zn Ti Fe

百分比 99.50 0.25 0.05 0.05 0.05 0.03 0~0.40

⑵1050 纯铝热处理工艺

a完全退火：加热390—430℃，随着材料有效厚度不同，保温时间30—120min；以30—55℃/h速度随着炉冷至300℃下，再空冷。

b快速退火：加热350—370℃；随材料有效厚度不同，保温时间30—120min；空或水冷。

c淬火和时效：淬火500—510℃，空冷；人工时效95—105℃，3h，空冷；自然失效室温120h。

(3)1050 纯铝力学性能：抗拉强度在95MPa—125MPa

3．材料尺寸 300mm×100mm×4mm

4．焊接位置 平焊

5．焊接要求 单面焊双面成形

6．试件数量 2块

7．焊接方法 搅拌摩擦焊

二、搅拌摩擦焊原理及特点

1.原理：搅拌摩擦焊（FSW）是利用摩擦热作为焊接热源的一种固相焊接方法。可以进行板材的对接、搭接、角接及全位置焊接。

特点：

2.优点：

(1)焊缝是在塑性状态下受挤压完成的，属于固相焊接，因而其接头不会产生与冶金凝固有关的一些如裂纹、夹杂、气孔、以及合金元素的烧损等熔焊缺陷和脆化现象，焊接性能接近母材，力学性能优异。

(2)不受轴类零件的限制，可进行平板的对接和搭接，扩大了应用范围。

(3)搅拌摩擦焊利用自动化的机械设备进行焊接，避免了对操作工人技术熟练程度的依赖，质量稳定，重复性高。