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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。
搅拌摩擦焊技术。
搅拌摩擦焊技术是一种热焊接技术，它主要是通过搅拌、摩擦和挤压来达到焊接的目的。
它具有热焊接技术的优点，如高焊接速度、高焊接品质、低焊接温度等，还可以用于接合非金属材料，因此被广泛应用于航空、航天、军事、汽车、机械制造和其它行业。
搅拌摩擦焊技术的原理是将两块金属材料用搅拌器旋转，形成一定的摩擦力和温度，使材料表面上的金属熔池中形成汇聚成一体，从而达到焊接的目的。
该技术的优点是焊接温度较低，可以避免温度过高时对金属材料造成的损伤，焊接速度也很快，可以省去许多焊接时间。
搅拌摩擦焊技术的应用非常广泛，可以用于各种金属材料的焊接，如钢材、铝材、铜材、锡材、镍材、钛材等，也可用于接合非金属材料，如塑料、橡胶等。
此外，搅拌摩擦焊技术还可以用于制作各种尺寸和形状复杂的零件，例如汽车、航空、航天、军事和机械等行业的零件。
搅拌摩擦焊技术具有高焊接速度、高焊接品质、低焊接温度、可用于接合非金属材料等优点，可以应用于各种金属材料和非金属材料的焊接，因此，在航空、航天、军事、汽车、机械等行业中应用十分广泛。
铝合金车体搅拌摩擦焊技术应用现状及发展
趋势
铝合金车体搅拌摩擦焊（FSW）技术是一种无焊接材料熔化的焊接技术，具有轻质化、高强度、低成本、环保等优点，因此在汽车制造行业得到了广泛的应用。
目前，铝合金车体搅拌摩擦焊技术已经在欧美等发达国家被广泛应用，而在中国也开始逐渐普及。
值得注意的是，在我国，铝合金车体搅拌摩擦焊技术仍面临一些挑战，如技术瓶颈、设备资金、技术人才缺乏等问题。
因此，需要进一步加强科研攻关和技术研发，提高技术水平和产业化水平，以满足市场需求。
随着5G、工业互联网等新技术的兴起，铝合金车体搅拌摩擦焊技术也将向着智能化、自动化、高效化等方向发展。
预计未来，该技术将继续得到广泛应用，成为汽车制造行业的新兴焊接技术之一。
总之，铝合金车体搅拌摩擦焊技术是未来车身轻量化、高效化的重要技术之一，未来有望在汽车制造产业中发挥越来越重要的作用。
铝合金搅拌摩擦焊技术研究及应用铝合金搅拌摩擦焊技术是一种高效、环保的焊接方法，在航空航天、交通运输、轻工制造等领域具有广泛应用前景。
本文将从工艺原理、研究进展、优势与挑战等方面进行分析，全面介绍铝合金搅拌摩擦焊技术的研究及应用。
搅拌摩擦焊是一种非传统焊接方法，它将工件接头通过旋转和外力压合的方式进行连接，并在摩擦热量和塑性变形的作用下实现焊接。
铝合金在搅拌摩擦焊过程中，由于高温和塑性变形，形成了均匀的焊接区域，焊缝强度和密封性良好。
与传统的焊接方法相比，铝合金搅拌摩擦焊具有以下几个优点：首先，搅拌摩擦焊无需外加焊接材料，避免了常规焊接中的焊剂使用和气体保护等问题。
这降低了成本，同时减少了环境污染。
其次，搅拌摩擦焊具有较高的焊接速度和效率。
焊接头变形均匀，焊接时间短，适用于大面积或长尺寸工件的焊接。
第三，搅拌摩擦焊对铝合金的应变硬化效应较小，减少了焊接区域的硬化现象，提高了焊缝的塑性和可靠性。
铝合金搅拌摩擦焊技术的研究进展日益丰富。
首先，针对不同铝合金材料和焊接条件，研究者通过调整焊接参数和其他工艺控制手段，优化焊接质量和性能。
例如，通过控制转速、下压力、摩擦时间等参数，可以实现理想的焊接接合。
同时，研究者还对焊接头几何形状、初始材料状态等因素进行改善和控制，提高焊接接合的可靠性。
其次，近年来，通过引入其他技术手段，如电流、激光、超声等，与搅拌摩擦焊相结合，可以进一步提高焊接接合的强度和质量。
例如，搅拌摩擦挤压焊技术将搅拌摩擦焊与挤压焊结合，对铝合金零件进行焊接加工，获得了良好的焊接接合。
此外，铝合金搅拌摩擦焊技术在实际应用中也取得了广泛成功。
在航空航天领域，搅拌摩擦焊被用于连接飞机结构件、涡轮叶片等零部件，取得了良好的焊接接合效果。
在交通运输领域，搅拌摩擦焊被广泛应用于铁路和汽车制造中。
在轻工制造领域，搅拌摩擦焊技术也被广泛应用于电子设备、电池等领域的制造。
然而，铝合金搅拌摩擦焊技术仍面临一些挑战。
圆筒搅拌摩擦焊随着工业技术的不断发展，焊接技术在各种制造业中发挥着越来越重要的作用。
其中，圆筒搅拌摩擦焊作为一种新型的焊接工艺，以其独特的优势在各个领域得到了广泛的应用。
本文将就圆筒搅拌摩擦焊的技术原理、特点、应用实例等方面进行介绍。
一、技术原理圆筒搅拌摩擦焊是一种利用搅拌头与工件之间的摩擦热来加热和加压，使材料发生塑性变形并连接的焊接方法。
通过高速旋转的搅拌头与工件的直接接触，产生强大的摩擦力和热量，使得材料逐渐熔化并与邻近材料结合，最终形成连续的焊缝。
二、特点与应用场景1. 优点：相较于传统焊接方法，圆筒搅拌摩擦焊具有以下优点：首先，生产效率高，操作简便；其次，能够加工复杂的几何形状；再者，适用于多种材料，包括不锈钢、铝合金等；最后，焊接质量稳定，无需额外的无损检测手段。
2. 应用场景：圆筒搅拌摩擦焊广泛应用于石油化工、机械制造、航空航天等领域。
例如，在石油化工行业中，可以利用该技术对管道进行焊接，提高生产效率和安全性；在机械制造领域，可用于各种圆形零件的连接；在航空航天领域，可以用于复合材料的焊接，提高产品的性能和质量。
三、案例分析以某大型石化企业的管道焊接为例，采用圆筒搅拌摩擦焊后，焊接速度提高了30%，生产成本降低了20%。
同时，由于焊缝质量优良，减少了后期维护的成本和时间。
此外，在汽车制造中，该技术成功应用于发动机缸体的焊接，提高了产品的质量和性能。
四、总结与展望圆筒搅拌摩擦焊作为一种先进的焊接技术，具有诸多优点和应用前景。
未来，随着该技术的不断发展和完善，其在更多领域的广泛应用将成为可能。
然而，也存在一些挑战和问题需要解决，如设备成本较高、操作难度较大等。
因此，我们需要进一步研究和探索，以提高圆筒搅拌摩擦焊的普及率和实用性。
总之，圆筒搅拌摩擦焊作为一项重要的焊接技术，已经在多个领域取得了显著的应用成果。
我们相信，随着科技的进步和市场需求的增长，这一技术将会得到更广泛的推广和应用，为各行各业的发展注入新的动力。
浅析搅拌摩擦焊及其应用摘要：搅拌摩擦焊接技术自 1991 年发明以来，经过短短十几年的发展，在航空、航天、船舶、核工业、交通运输及汽车制造等领域获得了广泛应用，是制造领域的一项革命性成果，也是目前最引人注目和最具开发潜力的焊接技术之一。
文章就搅拌摩擦焊接技术的原理和应用以及特点进行了简单的介绍。
关键词：搅拌摩擦焊搅拌摩擦焊的应用搅拌摩擦焊的发展。
英国焊接研究所（TWI）于 1991 年发明了一种新颖而有潜力的焊接方法——搅拌摩擦焊接（Friction Stir Welding ,简称 FSW）,搅拌摩擦焊接与传统的摩擦焊接一样，也是一中固相连接技术。
但是搅拌摩擦焊接具有接头质量高、焊接变形小和焊接过程绿色、无污染等优点，是铝、镁等合金优选的焊接方法，搅拌摩擦焊接技术自发明以来，已经在航空、航天、铁道车辆、造船和汽车等制造领域显示出强劲的创新活力和广阔的应用前景并得到了广泛的工程应用。
目前已有超过170家组织从英国焊接研究所获得了该工艺的非独家使用许可，大部分的使用许可持有者是工业企业，他们在欧洲各国、日本、美国和中国等国家从事搅拌摩擦焊接工艺的生产和发展。
1搅拌摩擦焊接原理搅拌摩擦焊接是高速旋转的搅拌头扎入工件后沿焊接方向运动，在搅拌头扎入工件后沿焊接方向运动，在搅拌头与工件的接触部位产生摩擦热，使其周围金属形成塑性软化层，软化层金属在搅拌头旋转的作用下填充搅拌针后方形成的空腔，并在搅拌头轴肩与搅拌针的搅拌及挤压作用下实现材料连接的固相焊接方法。
2 搅拌摩擦焊接特点由于搅拌摩擦焊接过程中产生的热量不能达到金属的熔点而只能使被焊金属达到塑性状态，因此它可以用来焊接一些熔焊方法难以焊接的金属材料，如铝、镁等合金。
相对于传统的普通熔焊，搅拌摩擦焊具有以下优点：1）接头性能良好。
这主要是因为它是一种固相连接。
2）焊前无需开坡口进而减少工时。
3）耗材少。
焊接过程中无需填丝，不需要保护气，节省能源。
4）焊接过程绿色环保。
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。
搅拌摩擦焊一、搅拌摩擦焊的定义及原理搅拌摩擦焊（Friction Stir Welding，简称FSW）是基于摩擦焊技术的基本原理，由英国焊接研究所（TWI）于1991年发明的一种新型固相连接技术。
与常规摩擦焊相比，其不受轴类零件的限制，可进行板材的对接、搭接、角接及全位置焊接。
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；因而，搅拌摩擦焊是一种经济、高效、高质量的“绿色”焊接技术，被誉为“继激光焊后又一次革命性的焊接技术”。
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。
二．搅拌摩擦焊焊接过程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作相对运动，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。
搅拌摩擦焊接过程如图所示:三．搅拌摩擦焊工艺（一）、搅拌摩擦焊接头形式搅拌摩擦焊可以实现棒材一棒材、板材一板材的可靠连接，接头形式可以设计为对接、搭接、角接及T形接头，可进行环形、圆形、非线性和立体焊缝的焊接。
CATALOGUE 目录•搅拌摩擦焊技术简介•搅拌摩擦焊技术研究现状•搅拌摩擦焊技术在不同领域的应用•搅拌摩擦焊技术的前景展望与发展趋势•结论搅拌摩擦焊是一种新型的焊接方法，其核心是利用搅拌头与工件之间的摩擦热和塑性变形热，使工件局部加热至塑性状态，并在搅拌头的强烈搅拌作用下实现材料的连接。
与传统的熔焊方法不同，搅拌摩擦焊过程中不涉及熔化，因此可以避免熔焊过程中出现的元素烧损、接头组织性能恶化等问题。
高效节能接头质量高适用范围广操作简单ABCD航空航天领域汽车制造领域其他领域轨道交通领域搅拌摩擦焊技术的应用范围搅拌摩擦焊技术的研究进展搅拌摩擦焊技术自发明以来，经过多年的研究和发展，已经在多个领域得到广泛应用。
在科研方面，研究者们不断探索新的搅拌摩擦焊技术，提高其焊接质量和效率。
在应用方面，搅拌摩擦焊技术已经应用于航空、航天、汽车、船舶等领域，取得了良好的效果。
010203搅拌摩擦焊技术的优势与局限搅拌摩擦焊技术的研究热点与挑战总结词搅拌摩擦焊技术在航空航天领域的应用具有广泛性和重要性。
要点一要点二详细描述搅拌摩擦焊技术在该领域主要用于制造飞机和火箭等关键部件，如铝合金和钛合金的焊接。
相比传统焊接方法，搅拌摩擦焊技术具有更高的焊接质量和更快的焊接速度，提高了生产效率，降低了制造成本。
此外，搅拌摩擦焊技术还具有较好的接头强度和耐腐蚀性，使得飞机和火箭等关键部件的寿命更长、安全性更高。
航空航天领域总结词搅拌摩擦焊技术在汽车制造领域的应用日益增多，成为汽车制造的重要焊接方法之一。
详细描述搅拌摩擦焊技术在该领域主要用于制造汽车车身、底盘和发动机等关键部件，如低碳钢、铝合金和不锈钢的焊接。
相比传统焊接方法，搅拌摩擦焊技术具有更高的焊接质量和更快的焊接速度，提高了生产效率，降低了制造成本。
此外，搅拌摩擦焊技术还具有较好的接头强度和耐腐蚀性，使得汽车的关键部件更加可靠、耐用。
总结词搅拌摩擦焊技术在船舶制造领域的应用具有广泛性和重要性。
搅拌摩擦焊的原理及其特点搅拌摩擦焊（Friction Stir Welding，简称FSW）是一种新型的固态焊接技术，其原理是利用专用的搅拌工具在焊接接头处进行搅拌和摩擦加热，使焊缝材料发生塑性变形并实现焊接连接。
搅拌摩擦焊具有许多独特的特点，使其在航空航天、汽车、船舶等领域得到广泛应用。
搅拌摩擦焊的原理是通过旋转的搅拌工具将焊接接头中的材料进行搅拌和摩擦加热，从而实现焊接连接。
搅拌工具通常由一个圆柱形肩部和一个锥形销钉组成，通过该工具在焊接接头中进行搅拌和摩擦加热时，焊缝材料发生塑性变形，形成焊接接头。
搅拌工具在焊接过程中施加的压力使焊缝材料得到良好的连接，而没有融化的现象发生。
这种固态焊接技术不仅具有高强度、高质量的焊接接头，而且可以焊接多种金属材料，包括高强度铝合金、镁合金等。
搅拌摩擦焊具有以下特点：1. 无需填充材料：搅拌摩擦焊是一种固态焊接技术，焊接过程中没有熔化的现象发生，因此不需要额外的填充材料。
这不仅节约了材料成本，而且避免了因填充材料导致的气孔、夹杂物等缺陷。
2. 焊接接头质量高：搅拌摩擦焊技术通过搅拌工具的旋转和摩擦加热，使焊缝材料发生塑性变形，形成均匀致密的焊接接头。
焊接接头的质量高，具有良好的力学性能和疲劳寿命。
3. 可焊接多种金属材料：搅拌摩擦焊技术可以焊接多种金属材料，包括铝合金、镁合金、不锈钢等。
这使得搅拌摩擦焊在航空航天、汽车、船舶等领域得到广泛应用。
4. 适用于大尺寸焊接：搅拌摩擦焊技术适用于大尺寸的焊接接头，可以实现长焊缝的连续焊接。
这在船舶、桥梁等领域具有重要意义。
5. 减少热影响区：搅拌摩擦焊焊接过程中没有融化现象发生，因此热影响区较窄，焊接接头周围的材料不会受到过热的影响，减少了变形和残余应力的产生。
6. 环保节能：搅拌摩擦焊焊接过程中无需使用额外的填充材料和保护气体，减少了环境污染和能源消耗。
7. 适应性强：搅拌摩擦焊技术适应性强，可以适应不同形状、尺寸和材料的焊接接头，具有良好的工艺适应性。
搅拌摩擦焊工作原理
搅拌摩擦焊是一种金属材料的焊接方法，它利用摩擦热产生的高温将金属材料加热到软化状态，然后通过机械搅拌的作用将两个金属材料表面摩擦、塑性变形、混合以及扩散，最终实现焊接。
具体工作原理如下：
1. 加热：将需要焊接的两个金属材料的接触面通过旋转的方式摩擦，从而产生摩擦热。
摩擦热会加热金属材料，使其软化达到焊接温度。
2. 搅拌：在材料软化的状态下，通过一个专门的工具，如钳子夹具、旋转刀具等，对材料表面进行强制搅拌。
搅拌的目的是促使熔融金属混合和扩散，从而进一步提高焊接质量。
3. 磨合：磨合是指在搅拌过程中，金属材料表面存在的氧化膜、污染物等被搅拌剪切而排除，或被高温软化后破坏，从而实现材料表面的清理和净化。
4. 固化：当搅拌摩擦焊过程结束后，通过冷却或者其他方式将金属材料冷却至室温，焊缝即可固化。
总的来说，搅拌摩擦焊的主要原理是通过摩擦热加热金属材料并使其软化，然后通过搅拌的方式混合和扩散金属材料，最后冷却固化形成焊缝。
这种焊接方法具有热效应小、焊缝质量高等优点，广泛应用于航空航天、汽车制造、轨道交通等领域。
搅拌摩擦焊工艺搅拌摩擦焊是一种新型的焊接工艺，它采用机械振动的方式将焊接部位加热并搅拌，从而实现焊接。
相比传统的焊接工艺，搅拌摩擦焊具有许多优点，如高效、环保、节能等。
下面将详细介绍搅拌摩擦焊的主要内容。
一、工艺原理搅拌摩擦焊是通过机械振动的方式将两个或多个金属材料加热至塑性状态，并在高温下进行相互摩擦和混合，最终通过冷却形成一体化结构的焊接方法。
在整个过程中，不需要使用任何填充材料或者气体保护。
该工艺主要依靠机器设备来实现。
二、适用范围由于其高效、环保、节能等特点，搅拌摩擦焊广泛应用于航空航天、汽车制造、轨道交通等领域。
同时，在铝合金、镁合金等难以进行传统电弧焊接的材料上也有较好的应用前景。
三、优点1.高效：搅拌摩擦焊的焊接速度快，一般在数秒到数十秒之间，比传统的焊接方法快得多。
2.环保：该工艺不需要使用任何填充材料或气体保护，因此不会产生任何有害气体或废弃物。
3.节能：由于搅拌摩擦焊无需预热，因此可以大大节省能源。
4.质量好：焊接过程中没有裂纹、变形等缺陷，焊缝质量高且稳定。
四、缺点1.设备成本较高：搅拌摩擦焊需要专门的设备和较高的技术水平，因此设备成本相对较高。
2.适用范围有限：该工艺在某些材料上的应用仍然存在一定的局限性。
五、应用案例1.航空航天领域：搅拌摩擦焊已经广泛应用于飞机结构件、发动机零部件等领域。
例如，美国波音公司在其787型客机中采用了大量的搅拌摩擦焊技术。
2.汽车制造领域：随着汽车轻量化的趋势，搅拌摩擦焊在汽车制造中也得到了广泛应用。
例如，特斯拉公司在其Model S电动汽车中采用了大量的搅拌摩擦焊技术。
总之，搅拌摩擦焊是一种高效、环保、节能的新型焊接工艺。
虽然该工艺在设备成本和适用范围方面存在一定的局限性，但是其在航空航天、汽车制造等领域中已经得到了广泛应用，并且具有很好的发展前景。
搅拌摩擦焊熔宽搅拌摩擦焊（Friction Stir Welding，简称FSW）是一种热力焊接技术，通过高速旋转的搅拌针将两个金属材料摩擦加热并搅拌在一起，形成牢固的焊缝。
熔宽是评价焊接质量的一个重要指标，它指的是焊缝两侧金属的熔化程度和融合情况。
本文将从搅拌摩擦焊的原理、应用领域、熔宽的影响因素以及改进措施等方面进行探讨。
一、搅拌摩擦焊的原理及优势搅拌摩擦焊是一种非传统的焊接方法，与传统的熔化焊接方法相比，具有以下优势：1. 无需填充材料：搅拌摩擦焊不需要额外的填充材料，只需将两个要焊接的金属材料表面搅拌熔化，然后通过机械压力使其融合在一起。
2. 焊接速度快：搅拌摩擦焊的焊接速度可达到每分钟数米，远远快于传统的熔化焊接方法。
3. 强度高：搅拌摩擦焊焊接接头的强度通常高于传统焊接方法，且焊缝表面平整，无凹凸不平的现象。
二、搅拌摩擦焊的应用领域搅拌摩擦焊广泛应用于航空航天、汽车制造、电子设备等领域。
例如，航空航天领域常使用搅拌摩擦焊来焊接航天器的燃料箱、液氧罐等关键部件；汽车制造领域常利用搅拌摩擦焊来焊接汽车底盘、车门等零部件。
三、熔宽的影响因素熔宽是评价搅拌摩擦焊质量的重要指标之一，其大小受到多种因素的影响，主要包括以下几点：1. 旋转速度：旋转速度的增加会使摩擦加热区域扩大，从而增大熔宽。
2. 下压力：下压力的增加会使金属材料更容易被搅拌熔化，从而增大熔宽。
3. 搅拌针形状：不同形状的搅拌针对金属材料的摩擦加热效果不同，进而影响熔宽的大小。
4. 焊接速度：焊接速度的增加会使摩擦加热时间减少，从而降低熔宽。
5. 材料特性：不同材料的导热性、塑性等特性会对熔宽产生影响。
四、改进措施为了获得理想的熔宽，可以采取以下改进措施：1. 调整搅拌摩擦焊参数：通过合理调整旋转速度、下压力和焊接速度等参数，可以控制熔宽的大小。
2. 优化搅拌针形状：选择合适的搅拌针形状，可以改善摩擦加热效果，进而影响熔宽的大小。
搅拌摩擦焊（FSW）一、原理搅拌摩擦焊（Friction Stir Welding）是基于摩擦焊接技术一种固相焊接技术，1991 年由英国焊接研究所（TWI）发明。
其原理是一个非耗损的搅拌头旋转扎入焊接工件的连接界面，当搅拌头向前沿着焊缝移动时，塑化金属在机械搅拌和顶锻作用下形成致密的固相联接。
纵截面 顶截面搅拌摩擦焊示意图二、优点1. 高度一致的焊接质量，无需高的操作技能和训练；2. 单面焊接的厚度为1.6～15 mm；3. 焊接接口部位只需去油处理，无需打磨或洗刷；4. 不需焊丝和保护气氛；5. 节省能源，单面焊12.5 mm深度所需动力仅为3 KW；6. 焊接表面平整，不变形，无焊缝凸起和焊滴，无需后续处理；7.无电弧、无磁冲击、闪光、辐射、烟雾和异味，不影响其它电器设备使用，绿色环保；8.焊接温度低于合金的熔点，焊缝无孔洞、裂纹和元素烧损。
飞火汽船搅拌摩擦焊在宇航、船舶、高速列车、汽车等制造领域具有广阔的技术应用前景。
焊接实验室2006年8月FSW-3LM-002龙门式数控搅拌摩擦焊机一、设备简介江苏科技大学是中国搅拌摩擦焊中心（CFSWC）和英国焊接研究所（TWI）共同授权的搅拌摩擦焊学术研究二级许可单位，拥有中国第一台商业专用搅拌摩擦焊设备——FSW-3LM-002。
整套设备包括精密主轴单元、三坐标数控移动工作台、龙门式机架、机头滑枕、平板及筒形件的纵、环缝夹具，人机控制界面、4坐标控制系统、先进焊接参数传感、控制、记录系统等。
该焊机可以焊接厚度为3～15mm所有牌号的铝合金板材和直径小于Ф800mm的筒形件，以及铝基复合材料，镁及镁合金，锌及锌合金，铜及铜合金，钛及钛合金，铅及铅合金，碳钢和不锈钢等，还可实现异种材料的连接。
能完成对接、搭接、丁字等多种接头方式，并大大提高焊接接头的力学性能，排除熔焊缺陷产生的可能性。
二、教学和科研应用教学方面，可利用该设备进行本科和研究生教育，开设“焊接方法与设备”课程的相关实验教学，为本科毕业生提供毕业设计课题和实验条件，吸引大三学生开展学生科研活动。
搅拌摩擦焊技术在军用飞机航空修理中的应用分析军用飞机是航空兵的主要技术装备，军用飞机的使用拓展了战斗的空间，也就是由地面拓展到了天空，它对军事战略技术以及军队的部署都具有非常重要的影响。
保持军用飞机的战斗性能是非常重要的，随着科学技术的不断发展，军用飞机的类型更加广泛，相应的维修技术也在逐渐发生着改变，只有这样才能确保军用飞机的使用安全和强大的战斗力。
一、搅拌摩擦焊技术的发展现状和工作原理所谓的摩擦焊技术简单来说就是利用工作过程中工件的各个端面进行相互运动和相互摩擦所产生的热量，让处于端部的材料达到一种热塑性的状态，并在这种状态下，以比较快速的时间进行顶锻，完成焊接的工作。
这种技术的优越性在于它可以实现对同等或是异种材料的完美焊接，比如各种金属材料、复合型材料、塑料或是陶瓷等，这种焊接技术的工作效率较高而且焊接的质量较好，因此具有较为广泛的使用价值。
搅拌摩擦焊技术(Friction Stir Welding，简称FSW)是于上世纪九十年代初期由英国焊接研究所(The Welding Institute)发明的一项专利焊接技术。
搅拌摩擦焊技术有效的改善了传统技术中存在的弊端，它能够通过不同种类的接头形式和在不同的焊接位置进行有效的连接。
早在1998年，美国波音公司的空间和防御实验室就引进了该项技术，将其用于焊接某些火箭部件。
搅拌摩擦焊技术虽具有常规技术所不具备的优点，但是它的焊接热源同样来源于摩擦热和塑形变形热。
在使用搅拌摩擦焊技术时，技术人员需要将圆柱形状的搅拌针（welding pin）深入到工件的接缝处，借助焊头在工作过程中所产生的高速旋转与所需焊接的工件材料之间相互摩擦所产生的高热量，对焊接的材料部位进行软化，在软化的同时对材料进行不断的搅拌直至焊接完成。
在进行搅拌摩擦焊技术的过程中，焊头的高速旋转会使工件的接缝处与工件之间产生一定的位移，所以在事先一定要将所需焊接的工件牢固的固定在背垫上。
全国特种连接技术交流会论文集搅拌摩擦焊基本原理及发展现状
１搅拌摩擦焊基本原理北京航空制造工程研究所郭德伦
～般摩擦焊是利用两被焊工件相互摩擦，由摩擦产生的热使被焊材料产生塑性软化区，然后快速停止摩擦，立即加压形成固相焊接头…。搅拌摩擦焊则是利用一个耐高温硬质材料制成一定形状的搅拌探头，将探头旋转深入两被焊材料连接的边缘处，依靠高速旋转探头在两被焊材料连接的边缘产生摩擦热，使接缝处金属产生塑性软化区，旋转探头周围的塑性软化区金属受到摩擦、搅拌、挤压，并随着搅拌探头沿焊缝向后形成塑性金属流，随后在探头离开后的冷却过程中，在受挤压的条件下，形成固相焊接接头。焊接过程示意图如图ｌ所示。
２搅拌摩擦焊工艺特点图ｌ揽拌摩攘焊过程‘由于搅拌摩擦焊过程中热输入相对于熔焊过程较小，接头部位不存在金属的熔化，是一种固态焊接过程，在合金中保持母材的冶金性能，可以焊接金属基复合材料、快速凝固材料等采用熔焊会有不良反应的材料。其主要优点如下伍Ｍ：
（１）焊接接头热影响区显微组织变化小．残余应力比较低，焊接工件不易变形（２）能一次宪成较长焊缝、大截面、不同位置的焊接．接头质量高：
４２全田特种连接技术交流会论文集（３）操作过程方便实现机械化、自动化，设备简单，能耗低，功效高：（４）无需添加焊丝，焊铝合金时不需焊前除氧化膜，不需要保护气体，成本低；（５）可焊热裂纹敏感的材料，适合异种材料焊接：（６）焊接过程安全、无污染、无烟尘、无辐射等。搅拌摩擦焊也存在一定的缺点｛“ｌ：焊接工件必须刚性固定，反面应有底板；焊接结束搅拌探头提出工件时，焊缝端头形成一个键孔，并且难以对焊缝进行修补：工具设计、过程参数和机械性能数据只在有限的合金范围内可得：在某种情况下，如特殊领域中要考虑腐蚀性能、残余应力和变形时，性能需进一步提高才可实际应用；
对板材进行单道连接时，目前焊速不是很高：搅拌头的磨损消耗太快等．
３铝合金搅拌摩擦焊接研究现状搅拌摩擦焊（ＦｒｉｃｔｉｏｎＳｔｉｒＷｅｌｄｉｎｇ简称ＦＳＷ）是英国剑桥焊接研究所（ＴＷＩ）于１９９１
年１０月提出的发明专利【”。搅拌摩擦焊工艺最初主要用于解决铝合金等低熔点材料的焊接，关于搅拌摩擦焊工艺的特点和应用等，ｒｑ，ｌ进行了较多的研究，并于１９９３年、１９９５年分别申请了专利。目前，ＴＷｌ主要是与航空航天、海洋、道路交通、铝材厂、焊接设备制造厂等大公司联合，以团体赞助或合作的形式开发这种技术，扩大其应用范围。美国的爱迪生焊接研究所（ＥｄｉｓｏｎｗｅｌｄｉｎｇＩｎｓｔｉｔｕｔｅ，简称ＥＷＩ）与ＴｗＩ密切协作，也在进行ＦＳＷ工艺的研究ｆ。Ｊ。美田的美国洛克希德・马丁航空航天公司、马歇尔航天飞行中心、美国海军研究所、Ｄａｒｔｍｏｕｔｈ大学、得克萨斯大学、阿肯色斯大学、南卡罗利纳大学、德国的Ｓｔｕｔｔｇａｒｔ大学、澳大利巫的Ａｄｅｌａｉｄｅ大学、澳大利驱焊接研究所等都从不同角度对搅拌摩擦焊进行了专门研究ｉｆ，”。
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。目前，用搅拌摩擦焊方法焊接铝合金取得了很好的效果。现在英、美等国正进行锌、铜、钛、低碳钢、复合材料等的搅拌摩擦焊接【”“。搅拌摩擦焊在航空航天工业领域有着良好的应用前景．
（１）搅拌头的设计搅拌头的成功设计是把搅拌摩擦焊应用在更大范围的材料和焊接更宽的厚度范围的关键。下面主要讨论一下搅拌头的发展现状．
一般说来，搅拌头包括两部分：搅拌探头和轴肩，而搅拌头的材料通常都采用硬度远远高于被焊材料的材料制成，这样能够在焊接过程中将搅拌头的磨损减至最小１１３】】。全困特种连接技术交流会论文集在初期，搅拌头形状的合理设计是获得良好机械性能焊缝的关键。近期以来，关于搅拌头的发展主要集中在两个方面：一个是带螺纹的搅拌头，一个是带三个沟槽的搅拌头【ｌ”，如图１－２、１－３所示。本质上，这两种搅拌探头都设计成锥体，大大减少了相同半径圆柱体搅拌探头的材料卷出量，一般说来，带三沟槽的搅拌探头减小了７０％，而带螺纹的搅拌探头减小了６０％ｔ”】。如果使用一个确定的较小直径的搅拌探头，锥形搅拌探头比圆柱形搅拌探头更容易进入焊件而通过塑性材料，并且减小了搅拌头的应力集中和断裂可能性。
盟２带三沟槽的搅拌头…’圈３带螺纹的搅拌头…’揽捧头轴肩的设计对于搅拌摩擦焊过程中的辅助热源输入起着极为重要的作用。对于不同材料的焊接，搅拌头轴肩的设计非常关键．文献［１４１中提出多种轴肩的设计方案如图４所示．
图４搅拌头的轴肩设计Ⅲｏ这些多样化的轴肩设计增强了搅拌头和工件之间的耦合，并能够对在焊接过程中挤出的塑性材料进行有效的密封．以保证形成致密的焊缝．
文献［１３】中描述了一种可以焊接不同厚度材料的搅拌头．搅拌探头和轴肩都可以随着材料的不同厚度而移动，如图５所示。全国特种连接技术交流会论文集图５可焊接不同厚度材料的揽拌头ｌＩＭｆ２）铝合金搅拌摩擦焊研究现状搅拌摩擦焊在铝合金上的应用越来越广泛，研究也越来越深入。不仅涉及到各种同种材料的焊接，还研究了大范围的异种铝合金的焊接．铝合金的焊接厚度范围从ｌｍｍ到７５ｍｍ。对铝台金焊接接头的腐蚀性能、力学性能、组织结构都进行了大量的研究。搅拌摩擦焊广泛应用于６０６１Ａ１／２０２４Ａ１、２０２４Ａ１／Ａｇ、２０２４Ａ１／Ｃｕ、６０６１ＡＩ／ｃｕ，甚至还适用于６０６１ＡＩ＋２０％Ａ１２０３／铸铝合金Ａ３３９＋１０％ＳｉＣ等合金。
ＬＥ．Ｍｕｒｒ等人研究了大范围的同种和异种合金系的搅拌摩擦焊，并且检测比较了其微观组织和硬度分布【”Ｉ．焊缝区的动态再结晶是搅拌摩擦焊的显著特征，在某些情况下，比如银和２０２４铝合金的搅拌摩擦焊时，存在大量的银的晶粒长大现象．对一些可时效硬化的金属体系进行ＦＳＷ焊接时，例如对６０６１和２０２４铝合金以及６０６１ＡＩ＋２０％ＡＩ，Ｏ：金属基复合材料的焊接，焊缝的残余硬度和强度降低了基体金属的４５％．然而，在焊接１１００铸铝合金时硬度几乎没有降低，而在焊接Ａ３３９铝合金＋１０％ＳＩＣ时．其焊缝区的实际硬度反而比基体金属的硬度要高．他们认为在包含一种或多种时效硬化成分的异种合金系的焊缝区里，硬度的降低部分依赖于基体的初始硬度，而在纯金属或者非时效硬化合金的焊缝区里，最小硬度是其决定性因紊。
在室温条件下，超细晶粒结构可以导致高强度和高硬度。在黑色和有色金属合金里都已获得具有超细晶粒的的金属材料，但由于熔焊过程的大量热输入导致热影响区的细小晶粒急剧长大．即使是较低热输入的弧焊工艺也不能完全抑制热影响区的晶粒长大。ＹｕｔａｋａＳ．Ｓａｔｏ等人的研究表明。ＦＳｗ过程利用旋转搅拌头的摩擦生成热导入焊缝使之在圃相状态下发生塑性流变。从而在焊接接头区域得到细小晶粒Ｉｌｑ。他利用的初始材辩是１０５０铝合金．其化学成分为ＡＩ－０．１Ｓｉ，０．２９Ｆｅ－０．０１Ｃｕ－０．０２Ｍｇ－０．０１Ｚｎ加．０２Ｔｉ（单位为ｗｔ％），平均晶粒尺寸为４０微米左右，硬度值约为２１Ｈｖ，现利用ＬＢＷ和ＦＳＷ两种焊接方法焊
●（全因特种连接技术交流会论文集接１０５０铝合金板，ＬＢＷ在无充填材料和氢气保护下施焊，ＬＢＷ和ＦＳＷ的焊接速度分别为２２和５９ｍｍ／ｓ。接头剖砸图如图６、７所示。
圈６激光焊接头…ｏ图７搅拌摩擦焊接头Ｉ。６１ＬＢＷ在熔化区和热影响区（ＨＡＺ）产生铸态粗大显微组织和粗大的等轴晶粒显微结构．导致ＬＢ焊缝的硬度值减小到小于３０ＨＶ．而在ＦＳＷ过程中，焊缝由于较低的热输入和塑性流变过程获得了细小晶粒．焊缝区和过渡区的晶粒和晶粒尺寸小于１∥肌。细小
晶粒结构导致了搅拌摩擦焊缝区的高硬度．目前的研究已经揭示了ＦＳＷ对于获得具有细小晶粒的高强度高硬度的铝合金焊接是一种最有效的焊接过程。
ＰａｔｒｉｃｋＢ．Ｂｅｒｂｏｎ等人认为搅拌摩擦焊作为一种均匀化铝合金微观结构的方法，产生的细小相可以使铝合金具有很高的强度（达到６５０ＭＰａ）而又有良好的延伸率（１０％）。他们认为良好的延伸率的提高归因于在ＦＳＷ工艺过程中得到的均匀化的细小结构ｌ”】，如图８所示。他们所用的材料是Ａｌ－Ｔｉ－ｃｕ合金。
Ｅｌｏｎｇａｔｉｏｎ（％）图８Ａ１．Ｔｉ．Ｃｕ合金的屈服强度、屈服强度和延伸率ｍ）Ｒ．Ｓ．Ｍｉｓｈｒａ等人重点分析了搅拌摩擦焊７０７５铝合金中高应变速率下的超塑性。他们认为铝合金的低应变速率的超塑性阻碍了铝合金超塑成形的广泛应用，尤其是在商业铝合金上。他们的研究预示了利用ＦＳＷ来产生高应变速率的超塑性铝合金是可能的。事实上，超塑性的铝合金可以通过搅拌摩擦焊过程在较厚的铝板中获得，对于７０７５铝合金搅拌摩擦焊接头，在应变率为１×１０＋２ｓ‘’温度为４９０。Ｃ时可以获得最佳的超塑性Ⅲ１。利用这种技术从商业铝合金中的铸造组织里也可获得细小晶粒。他们还提出获得超塑性铝合金全图特种连接技术交流会论文集制造工艺的三个步骤：铸造、搅拌摩擦焊接、超塑成形。ＹｉｎｇＬｉ等人主要描述了２０２４Ａ１／６０６１Ａ１的ＦＳＷ的焊缝的固态流变的可视化¨９】。对于异种铝合金的搅拌摩擦焊接头其复杂的流变形式往往很难进行清晰的可视化．他们主要根据不同的合金对不同的腐蚀液具有不同的腐蚀敏感性使用不同的腐蚀液来获得合金不同形式的流变形态，还研究了搅拌头的不同旋转速度对涡流形态的影响，他们认为高的旋转速度促进了晶粒的长大，破坏了低速时接头里规范的涡流特征。文献【２０】更进一步地分析了２０２４和６０６１铝合金搅拌摩擦焊的流动现象及显微组织，在焊接区有平均尺寸从１到１５ｕｍ的残余等轴晶粒，分布着超塑流变形态引起的晶粒长大，由于异种合金焊接而产生的穿织层状流变形态。流变形态很复杂，呈螺旋、漩涡状，同时这些流边形态的特征与搅拌头转动的方向和转动速度有关系。等轴晶和次等轴晶的显微组织随着估测的温度分布图（变化范围为０．６ＴＭ到Ｏ．８Ｔ。，Ｔ。为绝对熔化温度）的变化而变化，而温度分布图由搅拌头的旋转轴而定。在高速度下，２０２４铝合金焊缝的穿织区里的螺旋位错和位错环，随着温度的升高存在位错攀升，残余微硬度分布图也随微结构的变化而变化，如图９所示。
图９焊接接头硬度分布¨”文献【２０】分析认为温度导致残余晶粒尺寸、次晶粒尺寸显微组织和焊接强度的变化，正如残余组织微硬度分布图所决定的，硬度值呈起伏状的分布图，在６０６１铝含金的ＦＳＷ焊接过渡区附近达到最低值，显微硬度与基体金属相比降低了４０％。
ＲＳ．Ｐａｏ等人关注了７０７５铝合金搅拌摩擦焊中的腐蚀疲劳裂纹的生长，认为空气中ＦＳＷ焊缝疲劳裂纹生长率比金属基体稍高【２ｌ】。在空气和３．５％的ＮａＣＩ溶液中，热影响区的疲劳裂纹生长率均较低，而与疲劳裂纹生长率成正比的疲劳裂纹生长的应力强度极限范围（△Ｋ。）则显著高于基体金属，图ｌＯ表示出了疲劳裂纹生长的变化规律。并且由于ＦＳＷ工艺中产生的晶粒的晶界敏感性，所以在３．５％的ＮａＣＩ溶液中疲劳时接头断裂形式表现为晶界断裂。
