搅拌摩擦焊特点及应用

船舶结构的搅拌摩擦焊技术报告船舶结构的搅拌摩擦焊技术报告搅拌摩擦焊技术是一种新型的金属材料连接方法。

该方法利用摩擦热与搅拌作用，使金属材料产生局部塑性变形，从而实现固态连结。

该技术具有操作简单，接头质量好，能耗低等优点，因此在船舶结构中得到了广泛应用。

一、船舶结构中的应用搅拌摩擦焊技术在船舶结构中主要用于铝合金板材的拼接。

在现代船舶建造中，轻量化的趋势越来越明显，因此铝合金材料的应用越来越广泛。

搅拌摩擦焊技术可以在不损伤材料表面的情况下，将不同板材整齐平直地接合在一起，从而形成更为坚固的整体结构。

该技术因其良好的焊接质量和高效的生产效率，在船舶制造领域得到广泛应用。

二、搅拌摩擦焊技术的原理搅拌摩擦焊技术的基本原理是，通过将两个工件在不断转动的过程中进入摩擦接触状态，产生摩擦热使金属软化，然后进行搅拌，使金属实现塑性变形，最后在搅拌过程中将两个工件连接而成。

整个焊接过程是在超塑性状态下进行的，不会涉及到优化熔化等操作，因此避免了出现焊缝气孔、裂纹等缺陷，从而保障了焊接质量。

三、工作原理搅拌摩擦焊的工作流程如下：1.在铝合金板材边缘表示出预定的接合线。

2.将两个铝合金板材平放在磨削机工作台上，保证两者相互垂直且接合线重合。

3.开启磨削机，让其达到设定转速。

4.使磨削工具沿接合线移动，使两个铝合金板材进入摩擦状态。

5.通过搅拌器进一步加热并搅拌材料，使材料局部塑性变形，并形成均匀的连接缝。

6.关闭设备，待材料冷却后，便可将铝合金板材焊接成功。

四、效果与应用采用搅拌摩擦焊技术进行铝合金材料接合可以收到以下效果：1.良好的焊接质量，焊缝紧密。

2.不产生气孔、裂纹等缺陷。

3.节省了能源，减少了对环境的污染。

4.生产效率高，可以完成大规模生产。

搅拌摩擦焊技术在船舶结构中的应用已经得到广泛的认可。

它可以提高船舶结构材料的强度和刚度，减少船舶自身质量，提高使用效率。

在船舶结构设计和施工中，将会是一种经济、高效的金属材料连接方法，具有非常广阔的发展前景。

搅拌摩擦焊工艺特点及应用火巧英胡伟摘要: 本文主要讲述了搅拌摩擦焊的基本原理、工艺特点以及目前搅拌摩擦焊在铝合金车体上的应用。

并对搅拌摩擦焊与弧焊工艺性进行对比分析，简要阐述了搅拌摩擦焊的发展趋势。

关键词: 搅拌摩擦焊; 基本原理; 金相；工艺Friction stir welding characteristics and applicationAbstract ：This paper describes the basic principles of friction stir welding, process characteristics and the application of FSW for the production of aluminium alloy carbody . And conducts a comparative analysis between friction stir welding and arc welding process .And has a brief description of the development trend of friction stir weldingKeyword：FSW basic principles Metallographic Process0 搅拌摩擦焊概述搅拌摩擦焊(简称FSW)是一个涉及温度、力学、冶金及其相互作用的高度复杂过程，此过程中以摩擦界面处材料的塑性变形为主，界面处塑性金属流动的产生以及流动行为将会影响到热源的产生以及界面的扩散与动态回复再结晶，进而影响到焊接接头的质量。

塑性金属层是否连续、完整和牢固地覆盖于摩擦界面，对能否形成无缺陷、优质的焊接接头具有重要影响。

因此，研究搅拌摩擦焊工艺特点非常重要。

通过对摩擦焊塑性连接工艺的研究，建立焊接参数对塑性流动的影响规律，对于确定焊接参数、优化焊接工艺、控制焊缝接头的组织和性能，进而提高焊接质量具有重要的实用价值。

摩擦搅拌焊引言摩擦搅拌焊（Friction Stir Welding，简称FSW）是一种固相焊接技术，通过在接头处产生高速旋转的焊接工具，使材料发生塑性变形并产生摩擦热，从而实现焊接的目的。

与传统的熔化焊接方法相比，摩擦搅拌焊具有低热输入、无焊缝几乎无缺陷、焊接速度快等优点，因此在航空航天、汽车制造、船舶制造等领域得到了广泛应用。

工艺过程焊接设备摩擦搅拌焊主要由以下几个部分组成：•焊接工具：通常由一根柱状工具组成，末端具有圆形或锥形焊接头，用于在接头处进行摩擦搅拌。

•驱动系统：通过电机或液压系统提供驱动力，并控制焊接工具的转速和移动速度。

•夹持装置：用于夹持和固定被焊接材料的接头，以保证接头在焊接过程中的稳定性。

•控制系统：用于控制焊接过程中的各项参数，如转速、移动速度、温度等。

焊接过程摩擦搅拌焊的焊接过程主要包括以下几个步骤：1.夹持工件：将待焊接的工件装入夹持装置，并夹紧以确保工件的稳定性。

2.焊接工具接触：将焊接工具与工件表面接触，并施加一定的压力以保证接触面的贴紧。

3.开始旋转：启动驱动系统，使焊接工具开始高速旋转。

4.插入工件：焊接工具同时开始向工件内部插入，形成摩擦搅拌区域。

5.搅拌焊接：焊接工具的转动带动工件材料在摩擦热的作用下发生塑性变形，形成焊接接头。

6.完成焊接：当焊接工具插入到设定深度后，停止旋转，并将焊接工具从工件中拔出。

焊接参数在摩擦搅拌焊的过程中，一些关键的焊接参数需要被控制和调节，以确保焊接接头的质量和性能。

•转速：焊接工具的旋转速度是控制摩擦搅拌区域温度的主要参数。

一般来说，较高的旋转速度可以提高焊接质量，但过高的转速可能会导致材料熔化。

•移动速度：焊接工具在插入工件的过程中的移动速度也会影响焊接质量。

较低的移动速度可以提高焊接密度，但过低的速度可能导致焊接接头的不均匀和疏松。

•压力：焊接工具对工件施加的压力可以影响焊接接头的密度和强度。

一般来说，较高的压力可以提高焊接接头的密度和强度，但过高的压力可能会导致材料变形和残余应力的增加。

搅拌摩擦焊工艺在轨道车辆上的应用搅拌摩擦焊（FSW）是一种新型的可靠焊接技术，它可以在不融化金属的情况下实现高效的焊接，具有成本低、安全可靠和环保等特点。

近年来，在轨道车辆制造领域中，搅拌摩擦焊工艺已经得到广泛应用，并且取得了较好的效果。

首先，搅拌摩擦焊工艺可用于铝合金车身构造焊接。

轨道车辆的车身是由一系列结构件组成的，这些结构件需要通过高强度的焊接技术来连接。

传统的焊接方法往往需要采用高温高压的焊接方式，这种方法在很大程度上会损坏车身的质量和表面。

与此相比，搅拌摩擦焊工艺采用机械方式将金属板材逐层焊接，不会产生过多的热量和压力，从而不会损坏铝合金的质量和表面。

其次，搅拌摩擦焊工艺可用于轨道车辆的内壁和地板焊接。

内壁和地板是轨道车辆内部结构的重要组成部分，它们需要使用可靠的焊接技术来连接。

搅拌摩擦焊技术可以通过调整摩擦焊接头的形状和大小、调整焊接头的速度和压力，实现内壁和地板的不间断焊接。

这种焊接方式不仅可以保持车辆的稳定性和平衡性，而且可以节约制造成本。

最后，搅拌摩擦焊工艺可用于轨道车辆制造过程的半自动化和全自动化。

搅拌摩擦焊技术可以通过使用焊接机器人和控制系统，实现轨道车辆制造过程的半自动化和全自动化。

采用这种方式可以大大提高工作效率，并减少人工焊接造成的损伤和错误。

总之，搅拌摩擦焊技术在轨道车辆制造领域中的应用前景十分广阔。

随着其技术的不断发展和改进，相信搅拌摩擦焊技术将更好地服务于轨道车辆制造行业，为建设更为安全、高效、舒适的现代交通运输系统做出新的贡献。

近年来，全球轨道交通行业发展迅速，加强了对于高质量、高效率和环保的要求，因而搅拌摩擦焊工艺应用范围得到了广泛拓展和应用。

下面列举一些相关的数据，并对其进行分析：1. 搅拌摩擦焊用于地铁车辆框架的比例在不断增加。

据英国机动车公司（BJM）公布的数据，该公司2017年在墨西哥制造了320台地铁车，其中使用到了FSW技术。

而截至2021年，使用该技术制造的车辆已占到该公司总生产量的60%。

搅拌摩擦焊的研究现状及前景展望搅拌摩擦焊应用广泛，具有成本低、高性能以及高效率等特性，在不同领域得到了广泛的应用。

本文将对搅拌摩擦焊的研究现状以及应用进行详细的分析。

标签：搅拌摩擦焊；研究现状；应用英国焊接研究所发明的搅拌摩擦焊（Friction Stir Welding，简称FSW），曾经于1991年获得世界范围内专利保护，它是一项非常奇特的新型固相焊接技术，也是焊接技术史上从发明到将其应用到工业中时间最短的一项焊接技术，其曾被称作是“世界焊接史上的第二次革命”。

搅拌摩擦焊与其他传统的焊接技术相比较而言，其具有成本低廉、不会造成污染、焊接后变形较小以及高效等特点，这些特点是其他焊接技术无法企及的。

搅拌摩擦焊的这些特性使其得到了广泛的应用，其主要应用于结构制造领域，例如航空、航天、汽车以及船舶等领域。

基于此，文章将从焊接材料、工艺参数、焊接技术等原理对搅拌摩擦焊进行详细的研究分析，并且对搅拌摩擦焊未来的发展趋势进行探讨。

1 搅拌摩擦焊的原理分析及其优缺点（1）搅拌摩擦焊的原理分析。

搅拌摩擦焊的搅拌头的特征是圆柱状并且其轴肩是非常特殊的，搅拌头以合适的速度插入到被焊构件的焊接处，并且以一定的速度向前匀速移动，被焊构建与搅拌头之间由于一定的摩擦力度而产生相应的热度，当温度达到一定水平时，其将会使得搅拌头附近区域的材料软化，从而以实现热塑化的目的。

当搅拌头由于受到某种力度时，将会渐渐的向前缓慢前行，这时候热塑化后的材料将由搅拌头的前部向后部移动，并且位于搅拌头处的轴肩将会产生锻造压力，固相连接就会在这种压力之下而实现。

在搅拌焊接的过程中，需要注意的是被焊构件需要进行牢固固定，而且需要在焊缝的背面加上衬垫以防止由于搅拌头的力度而导致构建以及塑性金属流失。

（2）搅拌摩擦焊的优缺点分析。

搅拌摩擦焊的优点主要有以下几个方面：第一，由于搅拌摩擦焊采用的技术原理是固相焊接技术，从而不会导致材料融化的现象发生；第二，，搅拌摩擦焊具有质量过硬、操作起来效率高以及不需要高昂的成本；第三，搅拌摩擦焊没有特定的接头形式，其支持多种规格形式不一的焊接方式；第四，采用搅拌摩擦焊技术，在焊接过程中产生的残余应力较小，从而残余应力对构件所带来的变形影响较小；第五，采用搅拌摩擦焊技术进行焊接后所产生的焊缝的组织为细晶组织，从而没有其他传统焊接技术所带来的裂纹、气孔等缺陷，这将大大减少后续的维修费用；第六，搅拌摩擦焊操作起来较为简单，能够非常方便的就实现自动化技术。

搅拌摩擦焊技术（五）－搅拌摩擦焊的应用搅拌摩擦焊经历十几年的研究发展，已经进入工业化应用阶段。

搅拌摩擦焊在美国的宇航工业、欧洲的船舶制造工业、日本的高速列车制造等制造领域得到了非常成功的应用。

船舶制造和海洋工业是搅拌摩擦焊首先获得应用的领域，主要应用于船舶零部件的焊接上，如甲板、侧板、防水壁板和地板；还有船体外壳和主体结构件等。

已成功焊接了6m ×16m的大型铝合金船甲板。

此甲板采用厚度甲板6mm、宽为200-400mm的6082-T6铝合金进行纵逢拼焊焊成。

在航空制造方面，搅拌摩擦焊在飞机制造领域的开发和应用还处于试验阶段。

主要利用FSW实现飞机蒙皮和衍梁、筋条、加强件之间的连接，以及框架之间的连接。

图2-32 是欧洲计划用搅拌摩擦焊焊接的空中列车A319机、A321机和大型空中列车A380的机身结构图。

图2-32 搅拌摩擦焊焊接的空中列车机身结构（图中箭头所指）在航天领域，搅拌摩擦焊已经成功应用在火箭和航天飞机助推燃料筒体的纵向对接焊缝和环向搭接接头的焊接，如图2-33 所示。

用ESAB公司生产的称为SuperStir的搅拌摩擦焊机焊接了直径2.4m、板厚22.2mm、型号为2014-T6铝合金δ火箭燃料筒的纵缝，与MIG 焊相比，搅拌摩擦焊缺陷率很低，MIG焊焊缝长832cm出现一个缺陷，而搅拌摩擦焊焊缝长7620cm出现一个缺陷，相当MIG焊的1/10。

最近在δⅣ火箭中搅拌摩擦焊焊接的1200m长焊缝中无任何缺陷出现。

图2-33 搅拌摩擦焊焊接的运载火箭低温燃料筒在铁道车辆中，搅拌摩擦焊已经用来制造高速列车、货车车厢、地铁车厢和有轨电车等；搅拌摩擦焊为汽车轻合金结构的制造也提供了巨大的可能。

图2-34为高速列车用结构25m长的搅拌摩擦焊焊缝。

图2-34 日本新干线高速列车结构在建筑工业方面，采用搅拌摩擦焊焊接了蜂窝状结构的大型地面。

面板厚为2.5mm、翅板厚为5mm、中心高为100mm，焊接规范为搅拌头转速1500rpm，焊接速度250 mm/min。

搅拌摩擦焊(Friction Stir Welding，简称FSW)是英国焊接研究所(The Welding Institute)于1991年发明的专利焊接技术。

搅拌摩擦焊除了具有普通摩擦焊技术的优点外，还可以进行多种接头形式和不同焊接位置的连接。

挪威已建立了世界上第一个搅拌摩擦焊商业设备，可焊接厚3—15mm、尺寸6×16的Al船板；1998年美国波音公司的空间和防御实验室引进了搅拌摩擦焊技术，用于焊接某些火箭部件；麦道公司也把这种技术用于制造Delta运载火箭的推进剂贮箱。

下面主要介绍搅拌摩擦焊的方法、过程、特点以及搅拌摩擦焊在中国的发展现状。

2.搅拌摩擦焊的原理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(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，焊头在旋转的同时伸入工件的接缝中，旋转焊头与工件之问的摩擦热，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流向焊头的背后，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。

焊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。

关于在搅拌摩擦过程中界面原子的运动现在仍处于研究阶段。