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搅拌摩擦焊ppt

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摩擦焊PPT课件

摩擦焊PPT课件
6
摩擦焊的应用
各类同质、异质金属连接
汽车半轴、汽车凸轮轴、汽车动力转向轴节点、汽车前 后桥、发动机汽门顶杆、集成齿轮、拨叉、花键套管、 连轴器、传动轴、驱动桥壳、制动凸轮、排气阀、液压 油缸推杆、气囊充气器、涡轮增压器转子 、印刷机滚 子、电机轴、船用马达驱动轴、石油与地质钻杆、长冲 程超高强度抽油杆、双金属轴瓦、双金属刀具、铜铝导 电接头等
d-35s
e-40s
f-55s
稳态焊敷阶段
400kgf– 1825rpm– 2.2mm/s
22
搅拌摩擦点焊 FSSW
（Friction Stir Spot Welding）是FSW中的特定 形式，是针对汽车铝结构车 身的连接而进行开发研究的
FSSW装置安装在机器人臂 上，施焊时由机器人臂移到 要焊部位，夹紧臂下降夹紧 要焊的板，然后搅拌头下降 进行焊接，焊接结束后松开 夹紧臂，整个装置由机器人 臂移到新的点焊位置
14
惯性摩擦焊过程
旋转焊件与飞轮相连。 焊接时飞轮被加速到设 定转速，以动能形式储 存能量，随后电动机与 主轴脱离 储存在飞轮中的动能通 过摩擦逐渐转换为热能， 而飞轮转速则不断降低， 至主轴停止转动
15
线性摩擦焊 LFW
LFW焊接过程
摩擦副一侧工件被一对 往复机构驱动着相对于 另一侧被夹紧的工件表 面作相对运动，并在其 轴向施加压力下，随着 摩擦运动的进行，摩擦 表面被清理并产生摩擦 热，摩擦表面的金属逐 渐达到粘塑性状态并产 生变形，形成飞边。然 后，停止往复运动并施 加顶锻力，完成焊接
LinFricTM型线性摩擦焊机
17
线性摩擦焊
18
线性摩擦焊接
主要适用于多数的热塑性部件，包括非晶态的和 半晶质的

第三章 搅拌摩擦焊

第三章 搅拌摩擦焊

第三章搅拌摩擦焊（Friction Stir Welding 缩写为FSW）1. 搅拌摩擦焊的基本原理是什么?它是利用带有特殊形状的硬质搅拌指棒的搅拌头旋转着插入被焊接头，与被焊金属摩擦生热，通过搅拌摩擦，同时结合搅拌头对焊缝金属的挤压，使接头金属处于塑性状态，搅拌指棒边旋转边沿着焊接方向向前移动，在搅拌头的压力作用下,热塑性金属从其前端向后部塑性流动,从而形成致密的金属间结合，实现材料的连接。

简要说法：“非消耗搅拌工具，顶锻挤压连接面形成焊缝”2. 搅拌头由哪几部分组成？各由什么材料制成？有何作用？（一）搅拌头由特殊形状的搅拌指棒和轴肩组成。

（二）日本采用了SUS440（三）搅拌头的轴肩的作用：（1）可以保证搅拌指棒插入的深度；（2）轴肩与被焊材料的表面紧密接触，防止处于塑性状态的母材表面的金属排出而造成的损失和氧化；（3）与母材表面摩擦生热，提供部分焊接所需要的搅拌摩擦热。

3. 搅拌摩擦焊具有哪些特点？最主要是固相焊，无熔化缺陷等4. 搅拌摩擦焊主要焊接哪些金属材料？5. 搅拌指棒的尺寸大小根据什么来决定？被焊母材厚度7. 搅拌摩擦焊的热输入是如何定义的？即1mm 焊缝长度的搅拌头的转数。

比值越大，说明对母材的热输入越大8. 在搅拌摩擦焊焊接时，对搅拌头中心与焊缝中心线以及接头精度有何要求？为什么?接头间隙在0.5mm以下，搅拌头的中心位置大致允许偏差2.0mm。

9. 搅拌摩擦焊焊接接头由哪几个区域组成？它的断口呈何形状组织？为什么？（1）搅拌摩擦焊焊接接头依据金相组织的不同分为四个区域。

即图中A区为母材，B区为热影响区（HAZ），C区为塑性变形和局部再结晶区（TMAZ），D区（焊核）即焊缝中心区为完全再结晶区（2）圆柱状和焊点状：焊核细小等轴晶；强烈塑性变形特征；洋葱环特征等。

谈搅拌摩擦焊技术

谈搅拌摩擦焊技术

成功案例介绍及经验总结
01
成功案例一
某航空制造企业成功应用搅拌摩擦焊技术，实现了铝合金材料的可靠连
接。通过合理的工艺参数设置和操作规范，获得了高质量的焊接接头，
提高了生产效率。
02
成功案例二
某轨道车辆制造企业采用搅拌摩擦焊技术，实现了不锈钢车体结构的快
速、高效连接。通过优化工艺参数，降低了焊接变形和应力，提高了焊
THANKS
谢谢您的观看
汽车制造领域
车身结构的连接
搅拌摩擦焊技术可用于汽车车身结构的连接，提高车身的强度和刚度。
新能源汽车电池托盘的焊接
搅拌摩擦焊技术还可用于新能源汽车电池托盘的焊接，提高电池托盘的稳定性和安全性。
轨道交通领域
轨道车辆的制造
搅拌摩擦焊技术可用于轨道交通领域中轨道车辆的制造，提高车辆的稳定性和安全性。
地铁车辆车体的焊接
搅拌摩擦焊技术还可用于地铁车辆车体的焊接，提高车体的强度和刚度。
新能源领域
太阳能板的焊接
搅拌摩擦焊技术可用于新能源领域中太 阳能板的焊接，提高太阳能板的稳定性 和效率。
VS
风力发电机叶片的焊接
搅拌摩擦焊技术还可用于风力发电机叶片 的焊接，提高叶片的稳定性和安全性。
03
搅拌摩擦焊技术工艺流程与设 备
，能够产生摩擦热和塑性变形，实现材料的连接。
控制系统
02 用于控制搅拌头的旋转速度、压力和焊接时间等参数
，确保焊接过程的稳定性和可控性。
焊接夹具
03
用于固定待焊接的材料，确保焊接过程的稳定性和精
度。
设备选型与维护
设备选型
根据生产需求和预算等因素，选择适合的搅拌摩擦焊设备，包括搅拌头的类型、尺寸和 控制系统等。

摩擦焊介绍全解课件

摩擦焊介绍全解课件
减速的 e, 点开始，到主轴停 止转动的g 点为止。它是摩擦 加热过程和顶锻焊接过程的过 渡阶段，具有双重特点。这个 阶段是焊接过程的重要阶段， 直接影响到接头的焊接质量， 因此要严格控制这个时间。
图10 摩 擦 焊 接 过 程 示 意 图 n—工作转速 py—摩擦压力 P.一顶锻压力 △l,一摩擦变形量 △1.一顶锻变形量 P— 摩擦加热功率 P.. 一摩擦加热功率峰值 t一时间 I,—摩擦时间 a— 实际摩擦加热时间 1.一实际顶锻时间
点开始，到摩擦加热功率显 著增大的B 点为止。摩擦开 始时，由于摩擦焊接表面存 在氧化膜、油、灰尘和吸附 着一些气体，使得摩擦系数 小，随后摩擦压力逐渐增大， 摩擦加热功率慢慢增加使得 焊件表面的温度上升。
图10 摩擦焊接过程示意图 n—工作转速 Py一摩擦压力 p.一顶锻压力 △l,一摩擦变形量 △/.一顶锻变形量 P— 摩擦加热功率 P.— 摩擦加热功率峰值 t一时间 I,—摩擦时间 tx—实际摩擦加热时间 1.一实际顶锻时间
摩擦焊焊接工艺特点
（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
n/r.minT
摩擦焊接过程
(3)稳定摩擦阶段 从摩擦加热功率稳定值d 点起 到接头形成最佳温度分布的 e 点为止。 e 点与工件开始停止 旋转的e,, 顶锻压力开始上 升的 f 点以及顶锻变形的开始 点，它们在时间上是重合的。 在这个阶段中，各焊接工艺参 数的变化趋于稳定，只有摩擦 变形量不断增大，飞边增大， 接头的热影响区增宽。

搅拌摩擦焊

搅拌摩擦焊
接头的机械性能好、无烟尘、无气孔、无飞溅、节能、无需添加焊丝、焊 铝时不需使用保护气体、对焊工技术要求不高、焊前准备要求低。
英国TWI的Nicholas认为，搅拌摩擦焊工艺是自激光焊接问世以来 最引人注目的焊接方法，它的出现将使铝合金等有色金属的连接技 术发生重大变革。
搅拌摩擦焊应用领域 船舶制造 海洋工业 宇航工业 铁路运输 公路运输 建筑工业 电器行业
定义：它是利用一种
搅拌摩擦焊的原理
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。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。
搅拌摩擦焊工艺简介
搅拌摩擦焊(Friction Stir Welding简称FSW)是英国焊接研究所90年代初发明的一种用 于低熔点合金板材焊接的固态连接方法。用该方法可以焊接通常熔焊方法难于焊接的铝合 金、钛合金等材料，不会在接头内形成气孔、裂纹、变形等缺陷。 无飞溅，烟尘
与普通摩擦 焊相比
搅拌摩擦焊工艺
与熔焊相比
无需添加剂和保护气
接头无裂纹和气孔
不 受 轴 类 零 件 限 制
可 焊 接 直 焊 缝
搅拌摩擦焊的红外温度及焊缝
搅拌摩擦焊的红 外扫描温度，红 色部分温度最高
搅拌摩擦焊相关产品
搅拌摩擦焊相关产品
搅拌摩擦焊相关产品
搅拌摩擦焊的特点
搅拌摩擦焊接过程中接头部位不存在金属的熔化，是一种固态焊接过程， 故焊接时不存在熔焊时的各种缺陷，可以焊接用熔焊方法难于焊接的材料，如LY、 LC系列的硬铝及超硬铝，并且可以在任意位置进行焊接。 由于不存在熔焊过程中接头部位大范围的热塑性变形过程，焊后接头的内 应力小、变形小，基本可实现板件的低应力无变形焊接。

搅拌摩擦焊技术

搅拌摩擦焊技术

机械与能源工程系
2.4 搅拌摩擦焊接的特点
材料成型工艺
• 搅拌摩擦焊具有的优点： ⑴ 搅拌摩擦焊是一种固相连接技术，接头性能优异。。 ⑵ 焊前不需要开坡口，可以节省焊前准备工时。 ⑶ 焊接过程中不需要保护气，也不需要填充材料。 ⑷ 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。
机械与能源工程系
2.5 搅拌摩擦焊接的发展现状
材料成型工艺
• 复合焊接技术： （3）载流—搅拌摩擦复合焊 基于内生电阻热－搅拌摩擦热复合的载流－搅拌摩擦复合焊 接(RFSW)新技术。在搅拌摩擦焊的过程中，在工件焊缝方向 上通以电流，该电流与其流经的焊缝和摩擦搅拌焊接区的接触 电阻产生电阻热，该电阻热和搅拌摩擦热形成搅拌摩擦的复合 热源。可用于碳钢、不锈钢、高温合金等结构材料的搅拌摩擦 焊接、焊前热处理和焊后热处理。对于解决高熔点金属搅拌摩 擦焊接的难题提供了新的研究思路和方法，对于快速高效的低 熔点金属搅拌摩擦焊接也具有改善和促进作用，能够解决FSW 焊接高熔点金属所面临的一些挑战。 机械与能源工程系
2.4 搅拌摩擦焊接的特点
材料成型工艺
• 搅拌摩擦焊具有的优点： ⑸ 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。 ⑹ 焊接过程中无飞溅、无弧光、无辐射，是一种绿色焊接技术。 ⑺ 焊接效率高、能耗低，是一种高效焊接技术。
机械与能源工程系
2.4 搅拌摩擦焊接的特点
2.2 搅拌摩擦焊接的基本原理
材料成型工艺
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 与焊件做相对运动，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。 机械与能源工程系

一文读懂搅拌摩擦焊

一文读懂搅拌摩擦焊

1搅拌摩擦焊概览搅拌摩擦焊（Friction Stir Welding，FSW）作为一种固相连接技术，在1991年由英国焊接研究所（The Welding Institute, TWI）发明。

与传统熔化焊相比，FSW无需添加焊丝、不需要保护气体，焊接过程无污染、无烟尘、无辐射，焊接接头残余应力低，因此具有焊接效率高、焊接变形小、能耗低、设备简单、焊接过程安全等一系列优点。

经过20多年的发展，FSW已经在航空航天、轨道交通、舰船等领域得到了广泛应用。

搅拌摩擦焊的原理如图1所示。

高速旋转的搅拌头扎入被焊工件内，旋转的搅拌针与被焊材料发生摩擦并使其发生塑化，轴肩与工件表面摩擦生热并用于防止塑性状态的材料溢出。

在焊接过程中，工件要刚性固定在背部垫板上，搅拌头边高速旋转边沿工件的接缝与工件相对移动，在搅拌头锻压力的作用下形成焊缝，最终实现被焊工件的冶金结合。

图1 搅拌摩擦焊接原理搅拌摩擦焊广泛适用于各类材料，目前已成功实现了铝、镁等低熔点金属及合金、铜合金、钛合金、钢铁材料、金属基复合材料以及异种金属（铝/铜、铝/镁、铝/钢等）的焊接。

在传统技术的基础上，搅拌摩擦焊有了五大创新发展：双轴肩搅拌摩擦焊、静轴肩搅拌摩擦焊、搅拌摩擦点焊、复合能场搅拌摩擦焊、搅拌摩擦增材制造。

双轴肩搅拌摩擦焊（Bobbin Tool Friction Stir Welding，BT-FSW）与传统FSW相比，其搅拌头为上、下轴肩结构，两个轴肩通过搅拌针连接，下轴肩取代了传统FSW的背部刚性支撑垫板，对工件进行自支撑，实现中空部件的焊接。

其焊接原理如图2所示。

上、下双轴肩的结构在焊接过程中降低了接头厚度方向的温度梯度，减小了接头组织不均匀性，可实现根部全焊透的焊接。

图2 双轴肩搅拌摩擦焊接原理1.上轴肩2.前进侧3.熔合线4.后退侧5.工件6.搅拌针7.下轴肩静轴肩搅拌摩擦焊（Stational Shoulder Friction Stir Welding,SS-FSW）采用轴肩与搅拌针分体式设计，在焊接过程中内部搅拌针处于旋转状态，而外部轴肩不转动，仅沿焊接方向行进。

铝合金搅拌摩擦焊ppt课件

铝合金搅拌摩擦焊ppt课件
3
一、背景介绍
铝合金焊接性:
1、焊接变形
2、焊接裂纹问题
3、焊接接头软化
4、气孔
与传统熔化焊接方法相比，搅拌摩擦焊具有接头宏观形 貌良好、焊后残余应力和变形较小、焊缝性能良好；焊接 时无烟尘、无辐射；焊接过程中不需焊丝填充、不需气体 保护，比较节省成本，最大程度上缓解了因热输入过大导 致的铝合金焊接接头发生的“软化”及裂纹、气孔等严重 缺陷，因此搅拌摩擦焊特别适合于铝合金的连接。
7
一、背景介绍
铝合金根据主要合金元素的不同可以分成8个系别，其中 只有1系、2系、6系、7系可以通过热处理方式来进行强化。
对于可热处理的铝合金则有自然时效和人工时效两种方式， 根据时效方式和效果的不同又分成了7个等级，用T1~T7表 示，其中T4和T6最为常见。
铝合金T6处理是固溶处理加人工时效处理，不同成分的铝 合金只要热处理是固溶处理加人工时效处理就可以称为T6 处理，表明其热处理状态。铝合金铸件T6热处理工艺程序： 加热-保温-淬火-时效。
4
一、背景介绍
6061-T6铝合金搅拌摩擦焊 6061-T6铝合金为Al-Mg-Si系热处理可强化铝合金,具有 中等强度、良好的塑韧性、良好的耐蚀性、可焊性和挤压 性能好等优点,广泛用于要求有一定强度和抗腐蚀性高的 各种工业结构件,在铁道车辆方面,主要用于制造车体侧墙 和壁板以及对焊接性能要求较高的零部件,因此需要用搅 拌摩擦焊来提高其焊接接头的性能。
20
8
二、工艺过程
材料及设备
试样材料：6061-T6铝合金 （T6-固溶热处理后进行人 工时效的状态）
试样尺寸：300*150*6mm
设备：大型悬臂式数控搅拌摩 擦焊设备
搅拌头尺寸：轴肩直径18mm, 搅拌针直径4mm,长度 5.75mm,倾斜角度为2º，搅 拌头采用螺纹结构。

压焊方法及设备 第十章摩擦焊PPT

压焊方法及设备 第十章摩擦焊PPT

(６)顶锻维持阶段(ｔ６) 该阶段从顶锻压力的最高点ｈ开场，到接头温度冷 却到低于规定值为止。
图１０-１０ 摩擦焊接过程示意图 ｎ—工作转速 —摩擦压力 —顶锻压力 Δ —摩擦变形量
Δ —顶锻变形量 Ｐ—摩擦加热功率 —摩擦加热功率峰值 ｔ—时间 —摩擦时间 —实际摩擦加热时间 —实际顶锻时间
2.摩擦焊接产热
ｃ)４０００ｒ／ｍｉｎ
(１)摩擦加热功率 摩擦加热功率的大小及其随摩擦时间的变化，决定了焊接 温度及其温度场的分布，直接影响接头的加热过程、焊接生产率和焊接质量， 同时也关系到摩擦焊机的设计与制造。 (２)摩擦焊接外表温度 摩擦焊接外表的温度会直接影响接头的加热温度、温 度分布、摩擦系数、接头金属的变形与扩散。
图１０-１１ 摩擦加热 功率分布图
1.焊接过程 2.摩擦焊接产热
1.焊接过程
(１)初始摩擦阶段(ｔ１) 此阶段是从两个工件开场接触的ａ点起，到摩擦加 热功率显著增大的ｂ点止。 (２)不稳定摩擦阶段(ｔ２) 不稳定摩擦阶段是摩擦加热过程的一个主要阶段， 该阶段从摩擦加热功率显著增大的ｂ点起，越过功率峰值ｃ点，到功率稳定 值的ｄ点为止。 (３)稳定摩擦阶段(ｔ３) 稳定摩擦阶段是摩擦加热过程的主要阶段，其范围 从摩擦加热功率稳定值的ｄ点起，到接头形成最正确温度分布的ｅ点为止， 这里的ｅ点也是焊机主轴开场停车的时间点(可称为ｅ′点)，也是顶锻压力开 场上升的点(图１０-１０的ｆ点)以及顶锻变形量的开场点。 (４)停车阶段(ｔ４) 停车阶段是摩擦加热过程至顶锻焊接过程的过渡阶段， 是从主轴和工件一起开场停车减速的ｅ′点起，到主轴停顿转动的ｇ点止。 (５)纯顶锻阶段(ｔ５) 从主轴停顿旋转的ｇ(或ｇ′)点起，到顶锻压力上升至 最大位的ｈ点为止。
2.接头形式设计

搅拌摩擦焊PPT课件

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三、搅拌摩擦焊设备
摩擦焊
16
搅拌摩擦焊接工具 搅拌焊头
按设备功能结构不同 搅拌摩擦焊机
机械转动部分 行走部分 控制部分 工件夹紧机构 刚性机架
LEE MAN (SCETC)
摩擦焊
17
（一）搅拌摩擦焊接工具
搅拌焊头是搅拌摩擦焊的关键和核心部件，其主要 由轴肩和搅拌针两部分构成。
搅拌焊头一般需要具有如下特性： 热强性、耐磨性、抗蠕变性、耐冲 击性、材料惰性、易加工性、良好 的摩擦效果和合理的热传导性能。
n/v降低
当转速过低或焊速过高，导致n／v降低，即焊接热输入较小，热量不足 以使焊接区金属达到热塑性状态，因而焊缝中会出现孔洞、未焊透等缺 陷，焊缝成形不良。
n/v过大
随着转速的提高或焊速的降低，n/v逐渐增加，焊接热输入趋于合理，焊 缝成形较好。当转速过高或焊速过小时，n/v则过大，单位长度焊缝上的 热输入量过高，焊接区金属过热而导致焊缝表面下凹、焊穿等缺陷，
在迚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幵将搅拌焊针插入焊件的接缝处直至搅拌焊头的肩部不焊件表面紧密接触搅拌焊针高速旋转不其周围母材摩擦产生的热量和搅拌焊头的肩部不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且软化同时搅拌焊头边旋转边沿着接缝不焊件作相对运动搅拌焊头前面的材料収生强烈的塑性发形
热机影响区
b区该区域是一个过渡区域，材料已产生了一定程度的塑性变形，同 时又受到了焊接温度场的影响。
焊核区
a区为“焊核区”（WNZ），该区域位于焊缝中心靠近搅拌针插入的位置，经历了高温、 应变后，焊核的中心发生了强烈的变形。应变导致焊核区在焊接过程中发生了动态再 结晶，并导致该区出现高密度的沉淀相，从而有利于抑制焊接过程中晶粒的长大。焊 核区一般由细小的等轴再结晶组织构成。在焊接过程中，材料与搅拌针之间的相互作 用导致焊核区出现同心环（洋葱环组织）。

搅拌摩擦焊剖析

搅拌摩擦焊剖析

6.35 6.3 7.6 6.35 4.0 4.0 6.0 6.0 6.0 3.0 1.6 4.0 6.0 6.35 10 6.35
— Cylindrical — Threaded,cylindrical — — Cylindrical — — Threaded, cylindrical — — — — Threaded, cylindrical —
1. 搅拌摩擦焊焊接过程
首先将焊件牢牢地固定在工作 平台上; 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。 搅拌摩擦焊接过程示意图
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。
— 300-1000 — 350, 400 360 1400 400 — — 1250 1000 850 — 350 350 —
127 90-150 — 102, 152 800-2450 400-500 60 — — 60 75 75 80 15 102 —
2-4 10 9 3.8, 7.5 5.9-17.8 10-15 4 6 4 9-10 1.6 5 2-3 1-4 1.5 2.2
出现焊接缺陷时，需要固相焊接方法进行补焊。
4. 搅拌摩擦焊焊缝组织：
（1）基材区（BM）：组织既无机械变形也未经受热作用； （2）热影响区（heat affected zone，HAZ）：受热循环的影响，微观 组织和力学性能发生了变化，但没有发生塑性变形； （3）热机影响区(thermo-mechanically affected zone，简称TMAZ)：经 受了机械变形和热循环的双重作用，微观结构发生了较大的变化；

摩擦焊接技术基础知识PPT课件

摩擦焊接技术基础知识PPT课件
管、棒－板、管－板等
18
2. 表面准备
端面平整 垂直度满足要求（不垂直度小于直径的10%） 厚氧化层、镀铬层等去除 粗糙度和清洁度要求不严格
19
3. 工艺参数选用
转速与摩擦压力：直接影响扭矩、加热功率、温度
场、摩 低碳、低合金钢摩 擦压力41~83MPa
4
摩擦焊过程
5
摩擦焊特点
固态焊接，避免熔化和凝固产生的缺陷 适合于异种材料的焊接 生产效率高（十几秒） 易于实现机械化和自动化 工作环境好 但是焊件形状和截面尺寸受限，一次性
投资大。
6
连 续 驱 动 摩 擦 焊
(恒 速)
7
惯 性 摩 擦 焊
(变 速)
8
搅 拌 摩 擦 焊
9
搅拌摩擦焊
经常不断地学习,你就什么都知道。你知道得越多,你就越有力量 Study Constantly, And You Will Know Everything. The More
You Know, The More Powerful You Will Be
27
结束语
感谢聆听
不足之处请大家批评指导
Please Criticize And Guide The Shortcomings
10
已用于铝合金薄壁压力容器的焊接
11
特种连接方法－special joining technology
线 性 摩 擦 焊
可用于方形、圆形、多边形截面或不规则构件的焊接
12
特种连接方法－special joining technology
嵌 入 摩 擦 焊
用于电力、真空和低温应用行业中铝－铜、铝－钢等接头
讲师：XXXXXX

第二章搅拌摩擦焊 ppt课件

第二章搅拌摩擦焊 ppt课件

第二节 搅拌摩擦焊工艺
一 影响FSW焊接的因素 影响FSW焊接过程稳定性和焊接质量的因素，主要有搅拌头的形状、搅拌头的位 置、搅拌头的转速、焊接速度、接头精度以及材料拘束等。表2-1列出了影响FS W焊的主要工艺因素和它们的内容要点
表2-1 搅拌摩擦焊的工艺因素
工艺因素
内容
搅拌头的形状 搅拌头的位置 搅拌头的转速 焊接速度 接头精度 材料拘束
本章详细介绍了搅拌摩擦焊原理、特点，并且针对铝及其合金的搅 拌摩擦焊的工艺及应用作了详细的阐述。
ppt课件
3
第二章 搅拌摩擦焊
ppt课件
4
第一节 搅拌摩擦焊的基本原理
一、搅拌摩擦焊的原理
搅拌摩擦焊的原理如图2-1所示。 它是利用带有特殊形状的硬质搅拌指棒的搅拌头旋转着插入被焊接 头，与被焊金属摩擦生热，通过搅拌摩擦，同时结合搅拌头对焊缝 金属的挤压，使接头金属处于塑性状态，搅拌指棒边旋转边沿着焊 接方向向前移动，在热-机联合作用下形成致密的金属间结合，实 现材料的连接。
(2) 搅拌指棒的形状
搅拌指棒的形状为单纯圆柱形或加工成稍带锥形的圆柱形；也有
得把单纯圆柱形加工成螺纹牙型或浅牙形，而端部形状一般为半球
形。
ppt课件
15
第二节 搅拌摩擦焊工艺
TWI采用FSW焊接75m特大厚板时，采用的搅拌头表面如图2-2（a） 所示，切削成螺纹牙型的螺旋沟，目的是增加对被焊金属的搅拌力。 图2-2（b）所示为较为复杂形状的搅拌指棒 。
图2-4 搅拌头前pp进t课件角对焊缝金属的塑性流动停滞点位置的19影响
第二节 搅拌摩擦焊工艺
5.搅拌头的位置
搅拌头的位置是被焊金属与搅拌头的相对位置有关的参数。为了获得没 有缺陷的良好接头，被焊金属必须通过搅拌作用向板厚方向输入摩擦热。 这就要求搅拌头的肩部必须完全与被焊金属表面接触，使搅拌指棒完全插 入板厚的状态保持稳定。搅拌头中心线的位置正好处于接头中心线上。

压焊方法及设备第十章PPT课件

压焊方法及设备第十章PPT课件

10.1 摩擦焊原理及分类
10.1.1 摩擦焊的分类
10.1.2 摩擦焊原理
1、连续驱动摩擦焊 连续驱动摩擦焊原理是在摩
擦压力的作用下被焊界面相互接 触，通过相对运动进行摩擦，使 机械能转变为热能，利用摩擦热 去除界面的氧化物，在顶锻力的 作用下形成可靠接头。
2、惯性摩擦焊 工件的旋转端被夹持
6、线性摩擦焊
待焊的两个工件一个固定，另一个以一定 的速度作往复运动，或两个工件作相对往复活 动，在压力P的作用下两工件的界面摩擦产生 热量，从而实现焊接。 该方法的主要优点是 不臂工件是否对称， 均可以进行焊接。
7、搅拌摩擦焊
搅拌摩擦焊的工作原理是将一个耐高强硬 质材料制成的一定形状的搅拌针旋转深入到两 被焊材料连接的边缘处，搅拌头高速旋转，在 两焊件连接边缘产生大量的摩擦热，从而在连 接处产生金属塑性软化区。该塑性软化区在搅 拌头的作用下受到搅拌、挤压，并随着搅拌头 的旋转沿焊缝向后流动，形成塑性金属流，并 在搅拌头离开后的冷却过程中，受到挤压而形 成固相焊接接头。
1、焊接过程
（6）顶锻维持阶段（t6） h～i：在顶锻维持阶段， 顶锻时间、顶锻压力和 顶锻速度应相互配合。 以获得合适的摩擦变形 量△If和顶锻变形量△Iu。
2、摩擦焊接产热
摩擦焊接过程中，两工件摩擦表面的金属 质点，在摩擦压力和摩擦扭矩的作用下，沿工 件径向与切向力的合成方向作相对高速摩擦运 动，在界面形成了塑性变形层。该变形层是把 摩擦的机械功转变成热能的发热层。它的温度 高、能量集中，具有很高的加热效率。
在飞轮里，焊接过程开始 时，首先将飞轮和工件的 旋转端加速到一定的转速， 然后飞轮与主电机脱开， 同时，工件的移动端向前 移动，工件接触后开始摩 擦加热。
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铝合金用搅拌针的制造材料可以采用工具钢、高温合金等材料。
四、 轴肩 Tool Shoulder 在搅拌摩擦焊过程中，搅拌头接触母材表面的部分。
轴肩的作用：
✓ 在焊接过程中一方面对塑性区金属起着包拢作用， ✓ 与工件表面摩擦产生的热量，尤其在焊接薄板时是最主要的焊接热量来源。
对于铝合金搅拌摩擦焊接，轴肩的制造材料可以采用中碳钢、工具 钢或高温合金等金属材料。
九、 焊接开始时的停留时间 dwell time at start of weld
从搅拌头接触工件表面开始，至搅拌头开始沿焊缝移动为止的时 间段。
十、 焊接结束时的停留时间 dwell time at end of weld
从搅拌头停止沿焊缝移动开始，至搅拌头离开工件之前的时间 段。
搅拌摩擦焊过程时间点示意图
十六、 未焊透 incomplete penetration
达不到要求或规定的焊透。
注：即使是未融合，也通常会有部分未焊透发生一定的塑性变形。
十七、 吊钩 hook
在搭接焊缝的前进侧或回转侧附近形成的弯曲搭接界面。 十八、 横向偏离 lateral offset
焊接时，搅拌头偏离对接接头对接面。
焊接前 焊接后
沿旋转轴向搅拌头施加的使搅拌针插入工件和保持搅拌头轴肩与工 件表面接触的压力。 八、 匙孔
搅拌摩擦焊过程完成后，搅拌头离开工件时，在焊缝中留下的孔。
匙孔
搅拌摩擦焊过程示意图
1、母材 2、搅拌头 3、轴肩 4、搅拌针 5、焊缝表面 6、回转侧 7、前进侧 8、匙孔
a、搅拌头旋转方向 b、搅拌头向下移动 c、轴向压力 d、焊接方向 e、搅拌头向上移动
三、 搅拌针 l Pin 在搅拌摩擦焊过程中插入待焊区域的搅拌头突出部分。
注：搅拌针可以是固定的，也可能是可调节的。
搅拌针有如下两个作用：
✓ 通过旋转摩擦产生焊接所需热量，并带动周围材料的流动以形成接头。特别针对厚板。 ✓ 为焊接区域塑性材料提供机械搅拌力，使材料流动更合理，以形成致密的焊缝组织。
在搅拌摩擦焊过程中，搅拌头高速旋转插入到待焊材料的焊缝中产 生摩擦热，是被焊材料热塑化，同时粉碎和弥散接头表面的氧化层，使 塑化材料产生良好的塑性流动和转移，对焊缝金属材料施加焊接顶锻压 力，使材料在压力作用下扩散连接形成固相接头。
搅拌针 轴肩区域 搅拌头夹持区域
1、搅拌头 2、轴肩 3、搅拌针
典型的搅拌头构成
根部插入母材的深度。 十五、 搅拌头插入深度 pin tool plunge depth
搅拌头插入母材的深度。与搅拌针长度和根部插入深度有关。
根部、根部插入深度、倾角等
1 ：母材 2 ：搅拌针 3 ：搅拌头 4 ：轴肩（前缘） 5 ：根部（轴肩前缘）
a ：根部插入深度 b ：搅拌头旋转方向 c ：轴向压力 d ：倾角 e ：焊接方向 f ：侧倾角
二十、 未填满 underfill 搅拌摩擦焊后，焊缝正面低于原始母材表面的现象。
飞边 飞边
1 ：母材 2 ：飞边 3 ：焊缝
h ：下凹量 t ：母材厚度
二十一、 单轴 single spindle 只有一个旋转轴的搅拌摩擦焊设备系统。
二十二、 多轴 multiple spindles 两个或者两个以上更多轴的搅拌摩擦焊设备系统。
a：搅拌头旋转方向 b：焊接方向 c：搅拌头旋转方向
横向偏离
1 ：母材 2 ：焊缝 3 ：搅拌针 4 ：焊缝面
a ：搅拌头旋转方向 b ：焊接方向 c ：焊前对接面 d ：横向偏离 e ：焊前对接面位置
十九、 飞边 toe flash 在搅拌摩擦焊过程中形成的，从焊缝中溢出并残留在焊缝正面沿
焊缝一侧或两侧翻卷的金属。
Fa ：轴向力 n ：旋转速度 t ：时间
1 ：开始旋转 2 ：搅拌头移至工件上部 3 ：搅拌针接触工件 4 ：焊接开始时的停留时间 5 ：搅拌头开始沿焊缝移动 6 ：搅拌头停止沿移动 7 ：焊接结束时的停留时间 8 ：搅拌头从工件内移走 9 ：停止旋转 10：轴向压力提升过程 11：搅拌摩擦焊过程 12：搅拌头行程 12：稳定的轴向力
搅拌摩擦焊的相关视频1：设备展示 搅拌摩擦焊的相关视频2：设备展示 搅拌摩擦焊的相关视频3：过程展示
二、 搅拌头 Pin tool
包括轴肩和搅拌针的旋转组件。搅拌头是搅拌摩擦焊接设备最重要 的组成部分之一，是搅拌摩擦焊接技术的核心。它与被焊工件之间相互 作用，实现焊接材料的连接。
注：通常包括轴肩和搅拌针，但是可能是多个轴肩或搅拌针，或者没有轴肩和搅拌针。
A
B
C
D
A：高熔点材料用搅拌头 B：高熔点材料用搅拌头（国外） C：无匙孔系统用搅拌头 D：薄板焊接用搅拌头
五、 前进侧 advancing side 搅拌头旋转方向与焊接方向相同的焊缝侧。
六、 回转侧 retreating side 搅拌头旋转方向与焊接方向相反的焊缝侧。
七、 轴向压力 axial force
搅拌摩擦焊常用术语
Terminology for Friction Stir Welding
一、 搅拌摩擦焊 Friction Stir Welding
由英国焊接研究所（TWI）与1991年开发的一种专利技术，是一种新 型的固相连接工艺。焊接时，将两被焊母材固定在刚性衬垫上，高速旋 转的搅拌头插入接缝沿接缝移动，接缝被摩擦加热至塑性状态后形成焊 缝。
1 ：母材 2 ：焊缝
a ：焊前对接面 b ：未焊透 – 无塑性变形 c ：未焊透 – 严重塑性变形
未焊透、未焊透的塑性变形
b ：焊缝宽度 t1：上部工件的原始厚度 t2：回转侧上部工件的焊后厚度 t3：前进侧上部工件的焊后厚度
吊钩的图解
1 ：上部母材 2 ：下部母材 3 ：回转侧的吊钩 4 ：前进侧的吊钩 5 ：搅拌头
十一、 倾角 tilt angle
搅拌头中心线与垂直于工件表面的线形成的夹角，该角度与焊接 方向在同一面上，且相反。只针对于对接焊缝。
十二、 侧倾角 side tilt angle
搅拌头中心线和垂直于工件表面的线形成的角。只针对于搭接焊 缝。
十三、 根部 heel
在搅拌摩擦焊焊接过程中，存在倾角的情况下，搅拌头轴肩沿焊 接方向的末端部分。 十四、 根部插入深度 heel plunge depth