搅钛合金铝合金异种金属搅拌摩擦焊工艺研究

随着现代制造技术的不断进步，材料焊接技术也在不断发展。

搅拌摩擦焊作为一种新型的焊接方法，因其低能耗、无污染、高效率等优点而备受关注。

在工业界和学术界，对搅拌摩擦焊技术的研究也越来越深入。

一、搅拌摩擦焊简介1. 搅拌摩擦焊的原理和特点搅拌摩擦焊是一种无熔金属的固态焊接方法，通过机械搅拌和摩擦加热的方式将材料焊接在一起。

与传统的熔化焊接方法相比，搅拌摩擦焊具有温度低、热影响区小、焊接变形小等优点。

2. 搅拌摩擦焊的应用领域搅拌摩擦焊技术已广泛应用于航空航天、汽车制造、铁路交通等领域，尤其在焊接铝合金、镁合金等轻金属材料方面具有独特优势。

二、搅拌摩擦焊镁铝异种材料研究现状1. 镁铝异种材料的特点镁铝异种材料因其密度低、强度高、耐腐蚀等特点，被广泛应用于航空航天、汽车制造等领域。

然而，由于镁铝材料的化学性质和熔点差异较大，传统的焊接方法往往难以实现良好的焊接效果。

2. 搅拌摩擦焊镁铝异种材料的研究现状为解决镁铝异种材料的焊接难题，学术界和工业界进行了大量的研究。

目前，搅拌摩擦焊镁铝异种材料的研究已取得了一定进展，但仍存在一些挑战。

3. 研究现状的主要问题（1）焊接接头的组织和性能不稳定，需要进一步优化工艺参数和焊接头形貌。

（2）搅拌摩擦焊镁铝材料的金属间化合物生成机理和影响因素尚不清楚，需要深入研究。

（3）焊接接头的力学性能、耐腐蚀性能等方面还需要进一步评估和提升。

三、未来研究方向1. 优化焊接工艺参数针对搅拌摩擦焊镁铝异种材料存在的问题，未来研究可以进一步优化焊接工艺参数，包括搅拌转速、下压力、焊接速度等，以获得更稳定的焊接接头组织和性能。

2. 深入研究金属间化合物形成机理金属间化合物的生成对搅拌摩擦焊接头的性能具有重要影响，未来的研究可以针对金属间化合物的形成机理和影响因素进行深入探讨，为优化焊接工艺提供理论依据。

3. 综合评价焊接接头性能未来的研究还可以从焊接接头的力学性能、耐腐蚀性能等方面进行综合评价，探索提升镁铝异种材料搅拌摩擦焊接头综合性能的途径。

搅拌摩擦焊实验报告1. 实验目的(1) 了解搅拌摩擦焊的基本原理；(2) 了解搅拌摩擦焊的设备及其工艺流程；(3) 初步了解焊接工艺参数对搅拌摩擦焊焊缝成形的影响。

2. 实验概述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与塑性变形热作为焊接热源。

不同之处在于搅拌摩擦焊焊接过程是由一个圆柱体或其他形状（如带螺纹圆柱体）的搅拌针(welding pin)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。

焊接过程如图所示。

在焊接过程中工件要刚性固定在背垫上，焊头边高速旋转，边沿工件的接缝与工件相对移动。

焊头的突出段伸进材料内部进行摩擦和搅拌，焊头的肩部与工件表面摩擦生热，并用于防止塑性状态材料的溢出，同时可以起到清除表面氧化膜的作用。

在焊接过程中，搅拌针在旋转的同时伸入工件的接缝中，旋转搅拌头（主要是轴肩）与工件之间的摩擦热，使焊头前面的材料发生强烈塑性变形，然后随着焊头的移动，高度塑性变形的材料逐渐沉积在搅拌头的背后，从而形成搅拌摩擦焊焊缝。

搅拌摩擦焊对设备的要求并不高，最基本的要求是焊头的旋转运动和工件的相对运动，即使一台铣床也可简单地达到小型平板对接焊的要求。

但焊接设备及夹具的刚性是极端重要的。

搅拌头一般采用工具钢制成，焊头的长度一般比要求焊接的深度稍短。

应该指出，搅拌摩擦焊缝结束时在终端留下个匙孔。

通常这个匙孔可以切除掉，也可以用其它焊接方法封焊住。

针对匙孔问题，已有伸缩式搅拌头研发成功，焊后不会留下焊接匙孔。

焊接过程中也不需要其它焊接消耗材料，如焊条、焊丝、焊剂及保护气体等。

唯一消耗的是焊接搅拌头。

同时，由于搅拌摩擦焊接时的温度相对较低，因此焊接后结构的残余应力或变形也较熔化焊小得多。

特别是Al合金薄板熔化焊接时，结构的平面外变形是非常明显的，无论是采用无变形焊接技术还是焊后冷、热校形技术，都是很麻烦的，而且增加了结构的制造成本。

浅析钛合金与铝合金异种金属焊接技术胡寻新摘要：众所周知，由于铝合金、钛合金具有耐蚀性好、比强度高以及密度小等多方面的优势，这也是铝合金、钛合金等有色金属能够广泛的被运用在化工领域、车辆制造、交通运输以及航空航天等领域的重要因素。

此外，将铝合金与钛合金异种金属进行焊接，对于尽可能的将两种材料的性能发挥出来具有积极意义。

关键词：钛合金；铝合金；异种金属；焊接技术钛合金和铝合金具有密度小、比强度高、耐蚀性好等特点，在航空航天、交通运输、车辆制造、化工领域等具有广泛的应用。

现代工程中复杂工况条件对工件的服役性能提出了更高的挑战，促进了复合结构的发展和应用。

由钛合金和铝合金构成的复合构件可最大限度发挥两种材料的性能特点。

由于钛合金和铝合金在热物理性能和力学性能上存在显著的差异，造成了两者在焊接过程当中容易出现气孔、裂纹等诸多问题。

其中由于冶金反应形成金属间化合物是造成Ti/Al异种材料接头性能恶化的重要原因之一。

高效的实现钛合金和铝合金的焊接，并获得满意的接头性能，一直是异种材料焊接领域的关注热点。

1铝合金和钛合金的焊接性由于铝合金、钛合金的热物理性能、力学性能等方面的差异较为明显，因此在焊接性方面是相对较差的，并且两种金属在焊接的过程中也会出现不同类型的问题，具有代表性的有以下几种：①氧化问题。

铝和钛都具有极易氧化的特点，这是导致铝合金与钛合金很难焊接的最主要原因。

②相容性差。

由于铝与钛的相容性都较差，因此融合形成固溶体焊缝困难较大，很难融合。

具体来说，在665℃的情况下，钛在铝中的溶解度处于0.26%至0.28%范围内，而在常温20℃左右的环境下，那么其溶解度为0.07%，因此即便在高温的环境下焊接，也是较为困难的。

③焊接变形问题。

由于铝与钛等类型的有色金属，在线胀系数与热导率方面间的差异较为明显，因此在焊接铝合金与钛合金的过程中，焊接变形的情况也是较为常见的。

④气孔问题。

在钛低温焊接的过程中，由于氢在钛中的溶解度是相对较大的，因此在焊接时会出现不同形状的气孔，这也导致焊接阶段出现脆裂、韧性降低的核心因素。

钛铝异质材料插销增强搅拌摩擦点焊接头组织与力学性能卢海斌; 邓怀波; 钟文彬; 张林涵; 陈玉华【期刊名称】《《精密成形工程》》【年(卷),期】2019(011)005【总页数】5页(P86-90)【关键词】钛合金; 铝合金; 搅拌摩擦点焊; 插销辅助; 拉剪性能【作者】卢海斌; 邓怀波; 钟文彬; 张林涵; 陈玉华【作者单位】南昌航空大学航空制造工程学院江西省航空构件成形与连接重点实验室南昌330063【正文语种】中文【中图分类】TG456.9钛合金与铝合金均具有重量轻、比强度高和耐腐蚀性强的优点，在航空、航天、化工、汽车和医疗器械等领域有着十分广泛的应用[1—2]。

钛/铝异质材料的连接结合了钛合金材料的高强度、耐腐蚀性和铝合金在重量和成本方面的优点，因此具有重要的工程意义和广阔的应用前景[3]。

由于钛/铝异种金属两者之间物理和化学性能的巨大差异，导致其焊接存在巨大的困难。

目前国内外专家学者针对钛/铝合金的异种金属焊接进行研究，主要以搅拌摩擦焊[4—5]（Friction stir welding, FSW）、电阻点焊[6]（Resistance spot welding，RSW）、电子束焊[7]（Electron beam welding, EBW）和激光焊[8]（Laser welding，LW）等为主。

其中脉冲激光焊接及电子束焊接都会在焊缝接头中产生大量的Ti-Al金属间化合物以及少量未熔的钛，破坏了钛基体与焊缝的整体连续性，便于裂纹沿连接界面扩展，从而使得整体接头韧性变差。

此外，由于电子束焊接过程的快速凝固，激光焊接本身会发生间断的不平衡快速加热和快速冷却，因此焊后接头处存在残余应力，易产生严重的裂纹缺陷[9—10]。

搅拌摩擦焊接作为一种新型高质量的固相焊接技术，利用摩擦热和塑性变形热作为焊接热源，能够在熔点以下的温度实现被焊材料原子间的结合[11—12]。

钛、铝等轻质金属合金可焊接性极差，若使用传统熔焊工艺焊接，很容易出现如裂纹、气孔和夹渣等缺陷，而且熔焊时出现的热量和毒烟也会威胁操作者的身体健康。

铝合金厚板搅拌摩擦焊焊接工艺研究张笑毛晓发布时间：2023-07-18T02:56:32.701Z 来源：《中国科技信息》2023年9期作者：张笑毛晓[导读] 近几年来，我国的高速铁路事业取得了长足的进步，并成功走向世界。

随着我国城市轨道交通等城市轨道交通工具对车辆轻量化的需求，铝合金车体正逐渐被采用。

由于高速列车运行中严酷的条件和高速运行的特点，对承载部件的性能要求越来越高。

焊接接头的抗疲劳性能是高铁列车安全可靠运行的重要保证。

本文就铝合金厚板搅拌摩擦焊焊接工艺展开分析。

中车青岛四方机车车辆股份有限公司山东青岛 266100摘要：近几年来，我国的高速铁路事业取得了长足的进步，并成功走向世界。

随着我国城市轨道交通等城市轨道交通工具对车辆轻量化的需求，铝合金车体正逐渐被采用。

由于高速列车运行中严酷的条件和高速运行的特点，对承载部件的性能要求越来越高。

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关键词：焊接工艺；铝合金厚板；搅拌摩擦焊在新的时代，市场竞争越来越激烈，社会需求也在不断改变，因此，既要保证产品的质量，又要保证安全性，同时兼顾节能与环保，既要提高速度又要提高效率，这就成了交通运输业的新目标。

要达到这个目的，必须在材料上有所突破。

铝与铝合金相比，具有比强度高、耐腐蚀性能好等明显优势。

这些产品所占的比重不断增加，已经成为船舶和航空航天等交通工业的首选产品。

铝合金板材的应用范围越来越广，尤其是在航空、航天等领域。

对运载工具的自重要求越轻越好，以降低运载量。

在此，可充分显示出厚铝板材的优越性。

在A340飞机的生产过程中，所用到的结构构件中，大约有80%是铝合金，而另有50%是铝合金厚板材。

采用大尺寸铝合金薄片，不但不会影响飞机的承载力，而且还会使飞机的自重大幅下降，因此可以减少燃料消耗，提高经济效益，并为飞行器的其它用途创造了良好的条件。

铝合金厚板的应用并不局限于上述产业。

搅拌摩擦焊技术基础及其工程应用探讨发布时间：2021-07-01T16:44:57.930Z 来源：《科学与技术》2021年第29卷3月7期作者：李继欣王亚平赵伯明[导读] 本文对搅拌摩擦焊技术的应用原理进行了阐述，围绕搅拌摩擦焊技术在各工程领域的应用与发展进行了探讨与研究，李继欣王亚平赵伯明中车大同电力机车有限公司山西省大同市 037038摘要：本文对搅拌摩擦焊技术的应用原理进行了阐述，围绕搅拌摩擦焊技术在各工程领域的应用与发展进行了探讨与研究，希望能够从理论层面上为搅拌摩擦焊技术的完善与发展提供一点参考与借鉴。

关键词：搅拌摩擦焊技术；基础；工程应用引言：搅拌摩擦焊是一种新型固相材料焊接技术，该技术源自于英国，目前在工业领域有着非常高的应用价值。

在焊接技术持续完善的背景下，搅拌摩擦焊技术也得到了一定的优化，不管是焊接材料、焊接结构还是工艺应用水平在理论与实践层面上都有了不同程度的提升。

在此背景下，工程制造中采用搅拌摩擦焊技术，能够有效控制能耗，在环保方面具有非常突出的优势。

近年来随着铁路车辆的发展，搅拌摩擦焊技术已经逐渐成为了一种常见的固相连接技术应用于铝合金车体的制造中。

当然我们必须承认的是，在其他领域中，该项技术的应用水平依然有很大的提升空间。

鉴于此，我们有必要围绕搅拌摩擦焊技术及其在工程中的应用与发展进行探索与研究。

一、搅拌摩擦焊技术原理就本质而言，搅拌摩擦焊是基于传统的摩擦焊接技术发展优化而来的一种工艺技术。

搅拌摩擦焊原理就是在材料摩擦受热过程中，受形变与机械作用力的影响而达到焊接的目的。

在工程实践中利用搅拌摩擦焊技术，首先需要在目标工件中插入匀速旋转的搅拌头，此时工件中的材料与搅拌头发生摩擦并形成作用力，进而产生热量。

在摩擦热的作用下，材料会发生软化以及塑性形变，从而释放能量。

最后搅拌头会沿着塑性形变的焊接坡口，持续向前推进，材料也会因为吸收热量而发生塑性形变，与搅拌头一起向前移动，并在搅拌头的压力下，与焊接工件永久连接到一起。

搅拌摩擦焊工艺搅拌摩擦焊（Friction Stir Welding，简称FSW）是一种无焊接熔化的固态焊接技术，由英国剑桥大学的Thomas W. Thomas于1991年首次提出。

相比传统的熔化焊接方法，搅拌摩擦焊具有许多优点，如焊接强度高、焊缝外观美观等，因此在航空航天、汽车制造等领域得到了广泛应用。

搅拌摩擦焊的工艺流程相对简单，主要包括预装夹紧、搅拌摩擦焊接和冷却三个阶段。

首先，需要将两个待焊接的工件通过夹具夹紧，以确保焊接过程中的稳定性。

然后，通过高速旋转的搅拌钎具将焊接面加热至软化温度，同时施加一定的压力。

搅拌钎具的旋转和推进运动将焊接面上的金属材料搅拌在一起，从而实现焊接。

最后，待焊接的区域冷却后，焊缝形成，焊接过程完毕。

搅拌摩擦焊的工艺特点主要包括以下几个方面：1. 无熔化：搅拌摩擦焊是一种固态焊接方法，焊接过程中不产生熔化现象，避免了传统焊接方法中可能产生的气孔、夹杂物等缺陷，提高了焊缝的质量。

2. 焊接强度高：搅拌摩擦焊焊接产生的焊缝表面光滑，焊缝强度高，可以达到甚至超过基材的强度。

3. 焊接速度快：搅拌摩擦焊的焊接速度通常较快，可以在短时间内完成大面积焊接，提高了生产效率。

4. 适用性广：搅拌摩擦焊适用于多种金属材料的焊接，包括铝合金、镁合金、钛合金等，具有较好的通用性。

5. 环保节能：搅拌摩擦焊过程中不需要额外的填充材料和保护气体，无烟尘产生，减少了对环境的污染，同时节约了能源。

搅拌摩擦焊工艺在航空航天、汽车制造等领域得到了广泛应用。

例如，航空航天领域的发动机和机身结构常采用铝合金材料进行制造，而搅拌摩擦焊可以有效地实现铝合金的焊接，提高了零部件的性能和可靠性。

汽车制造领域中，搅拌摩擦焊可以用于车身结构、悬挂系统等部件的焊接，提高了汽车的安全性和耐久性。

尽管搅拌摩擦焊具有许多优点，但也存在一些挑战和局限性。

首先，搅拌摩擦焊的设备成本较高，需要专门的设备来实现焊接。

其次，对于某些材料，如高碳钢、不锈钢等，搅拌摩擦焊效果不理想，难以实现高质量的焊接。

铝-钢异种金属搅拌摩擦焊研究
铝-钢异种金属搅拌摩擦焊是一种新型的焊接方法，其基本原理是利用摩擦热和塑性形变使铝和钢接头之间发生了材料的混合和锚杆结合，从而实现铝-钢异种金属的焊接。

此种焊接方法优点很多，如材料节约、工艺简单、焊接效率高、焊接接头质量高等，因此受到广泛关注和应用。

目前，针对铝-钢异种金属搅拌摩擦焊技术的研究也日益深入。

在工艺参数研究方面，研究者们发现，由于铝和钢的材料特性不同，所以需要进行不同的搅拌摩擦焊接头参数调整。

同时，还需要对摩擦过程中的温度、力量、速度等影响因素进行精细调整，以保证焊接接头的组织和力学性能符合要求。

在接头组织研究方面，晶界迁移、碰撞、扭转等过程深入研究和理解，连接接头的质量也得到了显著的提高。

此外，人们发现，通过预热、多次搅拌摩擦焊接等方法，可以处理接头中产生的变形和残余应力，从而进一步提高接头的品质。

总之，铝-钢异种金属搅拌摩擦焊具有广泛的应用前景，它广泛应用于汽车制造、航空航天、电子制造等领域。

但是，在未来的研究中，研究者们需要进一步深入地探究其焊接接头微观结构和物理性能的变化机理，提高其焊接质量和生产效率。

FSW搅拌摩擦焊接的原理和应用1. 原理介绍搅拌摩擦焊接（Friction Stir Welding，简称FSW）是一种高效的固态焊接技术，它的原理是利用摩擦热产生塑性变形并将材料连接在一起。

相比传统的熔化焊接技术，FSW避免了熔化材料的过程，从而消除了熔渣、气孔和焊缝变质等焊接缺陷。

该技术适用于多种材料的焊接，包括铝合金、镁合金、钛合金和铜等。

FSW焊接过程中，焊接头部分被焊接工具（通常是一个非常坚硬的圆柱形肩部和一个细长的针尖部分组成）沿着焊接拼接线旋转前进。

焊接工具施加在焊接接头上的轴向压力使接头产生塑性变形。

焊接过程伴随着摩擦热的产生，使材料局部发生非等温塑性变形。

随着焊接工具的前进，焊接接头在塑性变形的影响下形成连续的焊缝。

2. 搅拌摩擦焊接的优势FSW具有以下几个优势，使其在各个工业领域中得到广泛应用：2.1 强度高由于焊接过程中没有液态的熔池，FSW焊接接头的晶粒不会因为快速冷却而变细，从而保持了较高的强度。

热影响区（Heat Affected Zone，HAZ）也较窄，减少了焊接接头的热损害。

2.2 减少焊接缺陷FSW既避免了熔化过程中可能产生的气孔、熔渣等缺陷，又减少了焊缝区的变质现象。

焊接接头的质量得到有效保证。

2.3 适用于不同材料的焊接FSW广泛适用于铝合金、镁合金、钛合金、铜等多种材料的焊接。

无论是相似材料的焊接，还是异种材料的焊接，FSW都能得到良好的焊接质量。

2.4 生产效率高FSW焊接速度相对较快，通常比传统熔化焊接技术要高，可以大大提高生产效率。

同时，焊接过程中无需使用惰性气体保护，避免了气体保护系统的成本和复杂性。

3. 搅拌摩擦焊接的应用领域FSW技术在众多领域中得到了应用，以下列举了几个典型的应用领域：3.1 航空航天工业在航空航天领域，铝合金被广泛应用于制造飞机结构。

如机翼、蒙皮和座椅等。

FSW技术可以实现这些结构件的焊接，提高了结构的强度和可靠性。

3.2 汽车制造FSW技术在汽车制造中的应用主要集中在车身板件焊接。

搅拌摩擦焊工艺及其应用1 搅拌摩擦焊的定义与原理搅拌摩擦焊是一种非常新颖的金属连接技术，其原理是将金属材料在高速旋转的条件下不断挤压与摩擦热而使金属材料发生塑性变形进而在次冷却时形成均匀的焊缝。

搅拌摩擦焊是一种采用振荡摩擦进行的钎焊技术。

摩擦过程中，金属材料被强制变形，形成皱纹和复杂的微细组织结构，这就是焊接区域。

这一过程不需要额外的附加材料，因此也被称为固态钎焊。

搅拌摩擦焊的原理是通过搅拌和摩擦的相互作用，为金属轴套表面提供局部加热来处理金属本身。

在摩擦过程中，摩擦产生的热量会使金属材料温度升高，而旋转工具逐渐伸进焊缝，在相对运动的作用下，产生了强烈的塑性变形以及显著的变形应变。

在形成初期焊缝时，相对运动引起的压力会把材料从环形清隙中抽出，形成时生成混味均匀的焊接界面。

这些过程中摩擦加热导致局部熔化，接长和冷却会使金属变形，并形成一个均匀的、与母材相似的焊缝。

2 搅拌摩擦焊的工艺流程及其特点2.1 搅拌摩擦焊的工艺流程（1）工件准备：首先需要准备待焊接的工件。

工件通常是板材、管材、棒材等形状，可以是相同材质，也可以是不同材质。

（2）夹紧工件：将工件夹紧在专用的工件夹具中，以保证工件在搅拌摩擦焊过程中不会移动或震动。

（3）起始摩擦：在工件接头处的摩擦面上施加旋转摩擦力，使工件表面熔融并形成可焊接的状态。

（4）搅拌摩擦：在不断施加旋转摩擦力的情况下，摩擦头沿着工件的接合面移动，搅拌工件的金属组织，从而形成焊接。

（5）升温保压：在搅拌摩擦焊完成后，保持摩擦头的位置不动，使焊缝部位升温到一定程度，再施加一定的保压力，使焊缝固化。

（6）退火处理：对焊接完成后的工件进行退火处理，可以进一步提高焊接质量和性能。

2.2 搅拌摩擦焊的特点（1）搅拌摩擦焊是一种无焊接接头凸出、无端部凸出的焊接方法，焊缝起伏很小，对焊接部件外观和尺寸精度要求较高的场合比较适用。

（2）搅拌摩擦焊过程中没有明显的电弧和喷溅现象，不需要额外的保护气体，易于操作。