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fsw工法-回复什么是fsw工法？在哪些领域可以应用？它的原理是什么？这种工法有哪些优点和缺点？是否有更好的替代方法？在未来是否会更加普及？等问题。
标题：金属焊接的创新之路：深入探讨FSW工法的原理、应用及前景引言：伴随着技术的不断发展和各个行业的要求，焊接工艺也在不断地创新和改进。
其中，摩擦搅拌焊（Friction Stir Welding, FSW）工法以其独特的原理和优越的性能，在金属焊接领域引起了广泛关注。
本文将一步一步回答什么是FSW工法？在哪些领域可以应用？它的原理是什么？这种工法有哪些优点和缺点？是否有更好的替代方法？在未来是否会更加普及？等问题。
一、什么是FSW工法？1.1 定义FSW（Friction Stir Welding）工法，又称摩擦搅拌焊接，是一种在不融化工件金属的情况下进行焊接的技术。
1.2 工作原理该工法通过在焊接区域施加压力和摩擦热，使得工件金属发生塑性变形并形成焊缝。
具体来说，FSW工艺通过旋转锥形结构的焊针，在焊接接头上施加垂直于焊接方向的搅拌力和摩擦热。
这一过程将工件金属摩擦加热至软化点以上，然后通过焊针的搅拌作用将工件金属塑性变形，形成连续的焊接缝。
二、FSW工法的应用领域2.1 航空航天领域由于航空航天探索对焊接质量和轻量化要求较高，FSW工法可以有效地解决大型和复杂结构的焊接问题，并且能够提供高强度和高质量的焊接接头，因此在航空航天领域有广泛应用。
2.2 汽车制造领域FSW工法可以用于汽车零部件的焊接，如车身构件、发动机燃烧室等，因其可以提供高强度和耐腐蚀性的接头，同时减少焊接变形，提高了焊接质量。
2.3 铁路建造领域FSW工法可以用于制造列车车身和磁悬浮列车导向板等关键部件，通过摩擦搅拌焊接，不仅能够减少焊缝的热裂纹和变形，还可以提高焊缝的疲劳性能，从而延长车辆的使用寿命。
三、FSW工法的优点和缺点3.1 优点1) 不需要使用填充材料，减少了成本和工序；2) 与传统焊接方法相比，FSW工法可以大大降低气孔、缺陷等不良现象的发生；3) 形成的焊接缝具有良好的力学性能，焊缝为连续和无缺陷的状态；4) 不会产生过高的热输入，降低了变形的风险。
电池托盘搅拌摩擦焊接工艺概述及解释说明1. 引言1.1 概述本文旨在对电池托盘搅拌摩擦焊接工艺进行全面的概述和解释说明。
首先，将介绍电池托盘的定义、功能、材料和设计要求以及使用场景和优势。
然后，将详细探讨搅拌摩擦焊接工艺的原理、设备与操作步骤，以及其应用领域与限制。
最后，将给出关于电池托盘搅拌摩擦焊接的实例解释说明，并分析成功案例与未来前景。
1.2 文章结构本文共分为五个部分：引言、电池托盘、搅拌摩擦焊接工艺、电池托盘搅拌摩擦焊接的概述及实例解释说明、结论与展望。
首先，在引言部分将对整篇文章进行简要介绍和总览。
然后，在电池托盘部分将详细论述其定义、功能、材料和设计要求以及使用场景和优势。
接着，在搅拌摩擦焊接工艺部分将探讨其原理、设备与操作步骤，以及应用领域与限制。
随后，在电池托盘搅拌摩擦焊接的概述及实例解释说明部分将具体介绍该工艺的简介、背景信息，以及实施过程中的关键步骤，并对成功案例进行分析并展望其前景。
最后，在结论与展望部分将总结全文内容，并给出未来研究方向和发展趋势。
1.3 目的本文旨在全面阐述电池托盘搅拌摩擦焊接工艺的相关知识，深入探讨其原理、设备与操作步骤，以及应用领域与限制。
通过对该工艺的详细解释说明，可以帮助读者更好地理解和掌握该技术，并且能够认识到其在电池托盘制造领域中的重要性和价值。
此外，通过对成功案例的分析，可以揭示该工艺在实际应用中所取得的成果和未来的发展前景。
这样就有助于推动相关领域的研究和创新，并促进电池托盘搅拌摩擦焊接工艺在产业界的广泛应用和推广普及。
2. 电池托盘2.1 定义与功能电池托盘是一种用于存放、运输和堆叠电池的装置，通常由高强度塑料制成。
它的主要功能是提供一个安全而有效的方式来组织和管理电池，并保护其不受损坏或丢失。
2.2 材料和设计要求电池托盘通常采用耐腐蚀、高强度的工程塑料材料，如聚丙烯（PP）或聚乙烯（PE），以确保其能够承受电池的重量并具备足够的耐用性。
搅拌摩擦焊焊接过程
搅拌摩擦焊，也被称为摩擦搅拌焊，是一种通过机械振动摩擦加热并混合金属来进行焊接的技术。
它是一种高效、可靠、环保的焊接方式，广泛应用于航空、汽车、铁路、造船等领域。
搅拌摩擦焊的具体过程是这样的：首先，将待焊接的两个金属板材用夹具紧密压在一起，并用力使其产生摩擦。
然后，利用机械勾绞器在焊接面上施加晶界剪切力，使金属表面产生摩擦热，并将热能沿着焊缝方向传递。
这时，增温的金属开始在摩擦力的作用下熔化，并与另一块金属表面发生混合，形成强劲的焊缝，焊接就完成了。
相对传统的焊接方式，搅拌摩擦焊具有许多优点。
首先，焊接过程中没有明火，不会产生有害气体和废气。
其次，焊接速度快，一般只需要几秒钟就可以完成。
此外，搅拌摩擦焊对于不同种类的材料都有较好的适应性，可以焊接不同种类的金属，如铝合金、镁合金、钛合金等。
关于搅拌摩擦焊的操作要点，有以下几点需要注意。
首先，夹紧力应该处于适当状态，太大会导致材料破裂，太小则会使焊接质量下降。
其次，晶界剪切力需要适度，过大可能会形成多层焊缝，过小则可能会形成未完全熔化的表面。
最后，处理焊缝部位，去除氧化物和其他杂质是保证焊接质量的关键。
总的来说，搅拌摩擦焊是一种高效可靠的新型焊接技术，具有广泛的应用前景。
正确掌握其操作要点，将有助于提高焊接质量，并为相关领域的发展贡献力量。
搅拌摩擦焊接技术基础及其工程应用／张友寿等·７９·元素烧损等熔焊时易产生的冶金缺陷；（４）焊接温度低，焊缝凸起低和变形小，热影响区组织变化小，焊接残余应力及大小的变化范围小，焊接接头的力学性能优良（包括抗疲劳性能、抗拉性能和弯曲性能）；（５）焊接时可不使用填充丝、焊料和焊剂；（６）氧化膜可以自行破碎去除，可不用真空条件和气体保护条件焊接活性金属；（７）设备投资少、焊接耗能低、焊接过程简化，可减少运行费用和投资费用；（８）焊接时不会产生烟雾、粉尘、噪声和各种辐射，对环境排放的有害物少，这对焊接特种核材料或许能占有优势。
由此可见，搅拌摩擦焊接技术是一项凸显绿色环保、性图１搅拌摩擦捍接示意图随着焊接研究的深入，搅拌摩擦焊又产生了新的变种（见图２）Ｅ（１）逆向搅拌摩擦焊。
按一定角度往复转动的逆向搅拌摩擦焊，每搅拌１周或数周后转动方向就要改变一次，使转动方向发生逆转，如此往复。
主要目的是使焊接的焊缝对称，解决了搅拌摩擦焊接头内部产生的一些不对称偏离现象。
（２）倾斜搅拌摩擦焊。
搅拌头的轴线与主轴形成一定角度的倾斜，主要为焊接搭接接头和Ｔ型接头提供更宽的焊缝。
（３）复合搅拌摩擦焊。
焊接装置由一个旋转运动和定向移动组合而成的搅拌摩擦焊，与倾斜搅拌摩擦焊一样，也提供较宽的焊缝。
这种焊接更适合异种金属的焊接。
（４）便携式搅拌摩擦焊接机。
将搅拌摩擦焊接设备制造成更加小型化，便于携带和移动的设备，具有更大的灵活性。
据报道，日本已生产出便携式搅拌摩擦焊接设备并已投入工业应用，美国ＭｅｇＳｔｉｒ公司开发了用于油气管路焊接的专用便携式搅拌摩擦焊接设备，能焊接１３ｍｍ厚的结构钢。
搅拌摩擦焊需要复杂的焊接工装夹具，夹具因焊接构件的尺寸及结构而设计，因此，设计的夹具种类繁多，精度要求较高。
另外，搅拌摩擦焊靠摩擦热和力的作用来实现连接，焊接速度比熔焊的低。
２焊接的材料范围宽目前为止，利用搅拌摩擦焊接技术焊接的材料有以下几个系列［４－－１３］：（１）活性金属焊接：镁合金、铝合金、铍一铝合金、纯铜及铜合金、钛合金等。
高速摩擦搅拌焊接技术在船舶工程中的应用船舶工程作为一项复杂而庞大的工程，需要使用高效可靠的焊接技术来确保船体的结构强度和密封性。
近年来，高速摩擦搅拌焊接技术在船舶工程中得到了广泛的应用。
本文将探讨高速摩擦搅拌焊接技术在船舶工程中的应用，并分析其优势和挑战。
高速摩擦搅拌焊接技术是一种无焊条、无焊接热源的焊接方法，通过在接头处施加轴向力和旋转力，将两个金属板材在高速旋转的摩擦热作用下实现焊接。
相比传统的焊接方法，高速摩擦搅拌焊接技术具有以下优势。
首先，高速摩擦搅拌焊接技术可以实现无焊缝焊接，消除了传统焊接中的焊缝缺陷。
这对于船舶工程来说尤为重要，因为焊缝缺陷可能导致船体的结构强度不足，甚至可能引发严重的事故。
采用高速摩擦搅拌焊接技术可以有效地避免这些问题，提高船体的整体强度和安全性。
其次，高速摩擦搅拌焊接技术可以实现高效的生产过程。
传统的焊接方法需要大量的焊接材料和焊接热源，而高速摩擦搅拌焊接技术只需要施加轴向力和旋转力即可完成焊接过程。
这不仅减少了焊接材料的使用量，还可以节省大量的能源和时间。
在船舶工程中，高效的生产过程可以大大缩短建造周期，提高生产效率。
此外，高速摩擦搅拌焊接技术还可以实现多种材料的焊接。
船舶工程中常用的材料包括铝合金、不锈钢等，而传统的焊接方法在焊接不同材料时往往存在困难。
而高速摩擦搅拌焊接技术通过摩擦热的作用，可以有效地将不同材料焊接在一起，提高了船舶工程中不同材料的应用范围。
然而，高速摩擦搅拌焊接技术在船舶工程中的应用还面临一些挑战。
首先，该技术对设备要求较高，需要具备高速旋转和高压力施加的能力。
这对于船舶工程来说，需要投入大量的资金和资源来购买和维护这些设备。
其次，高速摩擦搅拌焊接技术的操作难度较大，需要高技能的操作人员进行操作和控制。
船舶工程中的焊接工人需要接受专门的培训和技能提升，以确保焊接质量和安全性。
综上所述，高速摩擦搅拌焊接技术在船舶工程中具有重要的应用价值。
它可以实现无焊缝焊接、提高生产效率和扩大材料应用范围。
几种新型搅拌摩擦焊技术搅拌摩擦焊技术自1991年问世以来就倍受业界瞩目，特别是1996年搅拌摩擦焊被成功应用于宇航结构件的焊接以后，在制造业掀起了技术研究、发展和推广应用的热潮[1-3]。
双轴肩自适应搅拌摩擦焊技术搅拌摩擦焊作为一种先进的固相连接技术，已经在造船、航空航天、轨道交通等领域获得了广泛的应用。
但是在一些特殊的加工过程中需要搅拌摩擦焊设备提供较大的焊接力，同时要求在焊接过程中对待焊零件进行严格装夹（包括背部的刚性支撑），这给某些特殊结构形式下实施FSW造成了困难，如大直径火箭贮箱环缝结构的焊接等。
而双轴肩自适应搅拌摩擦焊（Self-ReactingPin Tool，SRPT）技术成功地解决了上述问题。
1 原理双轴肩自适应搅拌摩擦焊是通过上下轴肩夹持作用加紧工件，下轴肩代替了常规搅拌摩擦焊的垫板装置。
搅拌针与驱动装置及下轴肩相连，这样既可调节加载载荷又可调整下轴肩的位置。
且上轴肩与单独的驱动轴相连，这种上下轴肩单独控制的方式使得自适应系统得以实现，并且使上下轴肩的顶锻力反向相等，整个工件在垂直板件方向所受合力为零。
由于SRPT采用了两个轴肩的模式，提高了焊缝背部的热输入，可以预防和降低焊缝背部缺陷。
与常规 FSW 相比，SRPT有两个独立控制的轴肩；常规FSW焊件背面需要配套的刚性支撑垫板，而SRPT焊件背面则不需要；常规FSW被焊工件需要严格的装夹，焊件需要被垂直及侧向压紧，而 SRPT大大简化了装夹机构；常规FSW焊缝背部常常是整个焊件的薄弱环节，SRPT由于下轴肩的产热减小了从焊缝表面到背部的温度梯度，降低了焊缝的热损耗，提高了热效率，因此可以很好地消除焊缝背部未焊透等缺陷。
2 试验验证与工程应用Edwards 等[4]成功地应用双轴肩自适应搅拌摩擦焊技术对薄板铝合金进行了焊接，试验表明：在薄板焊接领域此技术可以实现1.8mm及更薄的铝合金型材的焊接；焊接速度可以达到1m/min以上；对2mm厚A l6061铝合金的试验表明，焊缝强度系数可达88%，而且强度系数还可以进一步提高。
九种摩擦焊原理优缺点应用范围与焊接过程分析摩擦焊是一种通过激活两个接触面之间的摩擦热量来进行焊接的方法。
在摩擦焊过程中，通过旋转和施加压力，将两个接触面摩擦加热至熔化或软化状态，然后迅速施加压力，实现焊接的连接。
1.滚压摩擦焊原理：两个工件在高温高压下相互滚动和压缩，使达到熔融点，然后停止滚压，则工件迅速冷却，并形成焊缝。
优点：焊接速度快、无需填充材料、焊接强度高。
缺点：对工件材料要求高、只适用于多孔体焊接。
应用范围：广泛应用于金属工业，如摩托车、汽车等行业。
2.摩擦搅拌焊原理：通过锥形工具在摩擦状态下插入两个工件内部，同时旋转，搅拌并混合两个工件的材料，然后冷却形成焊缝。
优点：无需填充材料、焊接速度快、焊缝质量好。
缺点：只适用于焊接薄板材料。
应用范围：适用于铝材料焊接。
3.摩擦摩擦焊原理：通过两个工件表面的摩擦，产生高温，使工件表面的金属熔化，停止摩擦后迅速冷却形成焊缝。
优点：焊接速度快、能焊接非常硬的材料。
缺点：只适用于焊接圆材。
应用范围：适用于焊接管材。
4.摩擦摩擦焊原理：通过两个工件表面摩擦产生的热量，使工件表面的金属熔化，然后迅速施加力，使金属冷却形成焊缝。
优点：焊接速度快、焊缝强度高、焊接过程不易受到外界环境影响。
缺点：只适用于焊接圆材。
应用范围：适用于装配、制造等行业。
5.摩擦摩擦焊原理：通过锥形工具在工件表面进行摩擦，产生高温，迅速施加力使金属冷却形成焊缝。
优点：焊接速度快、焊缝质量好。
缺点：对工件表面质量要求高。
应用范围：广泛应用于航空、航天、船舶等行业。
6.摩擦熔焊原理：通过锥形工具在工件表面进行摩擦，产生高温，然后迅速施加力使金属熔化冷却形成焊缝。
优点：焊接速度快、焊缝质量好、适用于焊接不同材料的工件。
缺点：对工件要求高。
应用范围：适用于更加复杂的工件或材料。
7.轴向摩擦焊原理：通过摩擦热和压力引起的瞬时局部熔化，使工件获得焊接。
优点：焊接速度快、焊接过程中无渣、焊缝质量好。
搅拌摩擦焊焊接工装的形变与应力分析搅拌摩擦焊作为一种高效、节能、环保的焊接技术，在航空航天、汽车制造、轨道交通等领域得到了广泛应用。
在搅拌摩擦焊过程中，工装的设计和制造对焊接质量起着至关重要的作用。
本文将对搅拌摩擦焊焊接工装的形变与应力进行分析，以期为工装设计提供参考。
一、形变分析在搅拌摩擦焊过程中，工装会受到较大的热应力和机械应力，从而发生形变。
首先，工装内部会受到高温的焊接热源作用，导致工装的局部变形。
其次，在搅拌摩擦焊过程中，摩擦热源和机械力的作用下，工装受到来自焊接件的挤压力，使其产生弯曲和变形。
最后，在冷却过程中，由于工装和焊接件的不同线性膨胀系数，也会导致工装的形变。
为了减小工装的形变，可以采取以下措施：首先，合理设计工装结构，保证其刚度和稳定性；其次，选用高强度、高温抗变形的材料制作工装；最后，控制焊接温度和时间，减小热应力的作用。
二、应力分析在搅拌摩擦焊过程中，工装会承受各向异性热应力、残余应力等多种应力形式。
首先，由于焊接过程中工装受到的温度梯度较大，导致工装产生各向异性热应力，使其局部应力集中。
其次，摩擦力和挤压力作用下，工装会受到机械应力的影响，引起应力集中和应力过大。
为了减小工装的应力，可以采取以下措施：首先，适当增加工装的强度和刚度，提高其承载能力；其次，合理设计工装结构，降低应力集中的程度；最后，在搅拌摩擦焊过程中加强监控和控制，及时调整焊接参数，减小应力的产生。
综上所述，搅拌摩擦焊焊接工装的形变与应力分析对于确保焊接质量和提高生产效率具有重要意义。
通过合理设计工装结构、选用适当材料和控制焊接参数，可以有效减小工装的形变和应力，提高焊接工艺的稳定性和可靠性。
期望本文的分析能够为搅拌摩擦焊工装设计和应用提供一定的参考价值。
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。
搅拌摩擦焊的原理及其特点搅拌摩擦焊（Friction Stir Welding，简称FSW）是一种固态焊接技术，其原理是通过在焊接接头处施加搅拌力和摩擦热来实现焊接。
它的特点是焊接过程中无熔化，无焊接热源，不需要填充材料，能够实现高强度、高质量的焊接。
搅拌摩擦焊的原理是利用焊接工具的自旋和推进运动，在焊接接头上施加搅拌力，使接头处的金属材料发生塑性变形，并通过摩擦热使金属材料的温度升高到可塑性范围内。
在高温和高压的作用下，金属材料发生塑性流动，形成焊接接头。
搅拌摩擦焊的特点主要体现在以下几个方面：1. 无熔化：搅拌摩擦焊是一种固态焊接技术，焊接过程中不产生熔化现象。
相比传统的熔化焊接方法，它避免了焊接接头处的液态金属流动和凝固过程中的缺陷产生，能够得到更好的焊接质量。
2. 无焊接热源：搅拌摩擦焊的焊接热源是通过焊接工具的自旋和推进运动产生的摩擦热。
相比传统的焊接方法，它不需要额外的焊接热源，能够节约能源。
3. 无需填充材料：搅拌摩擦焊的焊接接头是通过金属材料的塑性流动形成的，不需要使用填充材料。
这样可以避免填充材料与基材之间的界面问题，提高了焊接接头的强度和密封性。
4. 高强度焊接：搅拌摩擦焊由于焊接过程中金属材料的塑性流动和细化效应，能够得到高强度的焊接接头。
与传统的焊接方法相比，搅拌摩擦焊能够实现更高的焊接接头强度。
5. 适用范围广：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、铜合金等。
与传统的焊接方法相比，它能够实现不同种类和不同厚度金属材料的焊接。
6. 焊接过程稳定：搅拌摩擦焊的焊接过程中，焊接工具的自旋和推进运动能够使焊接接头处的金属材料均匀受热和塑性变形，使得焊接过程更加稳定。
同时，焊接工具的设计和控制技术的发展，使得搅拌摩擦焊的焊接过程能够实现自动化和精确控制。
搅拌摩擦焊是一种无熔化、无焊接热源、无需填充材料的固态焊接技术。
它具有高强度焊接、适用范围广和焊接过程稳定等特点。
摩擦学在先进材料制备中的应用先进材料制备是当今科技领域的重要研究方向之一，它涉及到材料科学、化学、物理、机械等多个领域的交叉。
在这个过程中，摩擦学的应用得到越来越多的关注。
本文主要介绍了摩擦学在先进材料制备中的应用，并探讨了其优势和发展趋势。
一、1. 摩擦焊接摩擦焊接是摩擦学在先进材料制备中的一项重要应用。
通过在材料接合过程中施加一定的轴向力和旋转运动来热熔界面处的金属，形成高质量的焊接接头。
相比传统的焊接方法，摩擦焊接具有许多优点，如焊接接头表面光洁、强度高、无焊接气孔和裂纹等。
目前，摩擦焊接已经被广泛应用于航空、航天、汽车、轨道交通等领域。
2. 摩擦搅拌焊接摩擦搅拌焊接是一种新型的焊接方法，它将摩擦焊接与搅拌相结合。
通过在焊接过程中不断旋转和摩擦材料，从而达到有效溶化材料并形成一种均匀的组织结构。
这种焊接方法比传统的焊接方法更加节能、环保、高效，并且可以焊接一些难以焊接的材料。
因此，它已经被广泛应用于航空、航天、能源、电力等领域。
3. 摩擦压缩成形摩擦压缩成形是一种新型的制造方法，在制造过程中通过施加压力和摩擦力来形成所需材料的形状。
这种方法可以使材料具有优异的力学性能和组织结构，并且可以制造出更加复杂的结构和形状。
因此，它已经被广泛应用于航空、航天、汽车、轮船等领域。
二、摩擦学在先进材料制备中的优势1. 高效性摩擦学在先进材料制备中具有高效性，一般来说，摩擦学制造原件的速度比传统制造方法要快得多。
而且它所需的设备和工具也相对较少，因此可以降低制造成本。
2. 环保性摩擦学在先进材料制备中还具有环保性。
与传统的制造方法相比，摩擦学制造过程中不需要使用大量的化学材料和产生废料，因此可以大大降低对环境的影响。
3. 精确性摩擦学在先进材料制备中具有精确性，它可以制造出更加精确的零件和组件。
通过优化摩擦学制造过程，可以控制所制造材料的物理、化学和机械属性，从而满足不同领域的需求。
三、摩擦学在先进材料制备中的发展趋势目前，随着技术的不断发展和应用的广泛，摩擦学在先进材料制备中还存在一些问题和挑战。
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ＦＲｌｃＴ俐ｓＴＩＲｗＥＬＤＩＮＧ
搅拌摩擦点焊在航空领域的应用ＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆＦｒｉｃｔｉｏｎＳｔｉｒＳｐｏｔＷｅｌｄｉｎｇｉｎＡｖｉａｔｉｏｎＩｎｄｕｓｔｒｙ苎黧量罂管张健董春林李光栾国红中国搅拌摩擦焊中心“、”一９””３～１、９一
搅拌摩擦点焊作为在搅拌摩擦焊基础上发展起来的一种新型固相焊接技术，由于其接头质量高、变形小．焊接质量稳定以及节省能源等一系列优点，在航空结构制造领域具有不可比拟的优势。
员的重视。然而，对于在航空结构中广泛应用的２ｘｘｘ和７ｘｘｘ高强铝合金而言，传统的熔焊工艺很难获得综合性能优异的可靠连接，所以在航空结构制造领域传统的熔焊技术并没有。。得到广泛应用。搅拌摩擦点焊作为在”盂士，２００７年毕业于天津大学材料搅拌摩擦焊基础上发展起来的一种加工工程专业．现在北京航空制造工程新型固相焊接技术，由于其接头质量研究所中国搅拌摩擦焊中心工作，主要高、变形小、焊接质量稳定以及节省竺！翼拌摩擦焊工艺开发和材料焊接性能源等一系列优点，在航空结构制造能研冤。领域具有不可比拟的优势。在航空领域飞行器的结构设计与制造工程中，如何减轻结构重量和降低制造成本已成为航空工业制造领域普遍关注的问题。由于传统的铆接／紧固连接工艺在航空结构制造方面存在一定的局限性，焊接工艺作为结构组装的关键技术就越来越受到航空制造领域工程技术人７０航空翩造技术・２００９年第１６期搅拌摩擦点焊原理搅拌摩擦点焊采用与搅拌摩擦焊相同的技术原理，将旋转的搅拌头插入被焊的２层工件，利用摩擦产热和搅拌头带动的塑性金属的流动形成焊点。目前搅拌摩擦点焊主要分为３种形式：常规ＦＳＳＷ、回填式ＦＳＳＷ及摆动式ＦＳＳＷ。表ｌ为３种搅拌摩擦点焊焊接过程示意图及得到的焊点成形。其中常规ＦＳＳＷ焊接过程最简单，由搅拌头旋转、插入、搅拌和回撤４阶段组成。搅拌头在不断旋转的过程中，通过施加顶锻力插入待焊工件中，在压力作用下工件与搅拌头之间产生摩擦热，使周围材料软化，继续旋转一定时间完成连接后，搅拌头从工件中退出，点焊缝中心会留下匙孔。回填式ＦＳＳＷ采用了特殊形式的搅拌头，搅拌针和轴肩可单独运动，具体焊接过程如下：开始焊接时，轴肩和搅拌针同时下压，板材表面由于摩擦而温度升高，接下来轴肩不断下压，而搅拌针开始回抽，轴肩向下运动时会推动塑性材料发生相互搅拌和运动，当下压到下层工件一定深度后，轴肩向上回抽，同时搅拌针开始下压，塑性材料进一步进行融
万方数据ＦＲＩｃＴｌｏＮｓＴＩＲｗＥＬＤ｛ＮＧ搅拌摩擦焊表１３种形式ＦＳＳＷ过程示意图及焊点成形１１－”
合、搅拌。当搅拌针和轴肩达到焊接前的平面时，主轴停止旋转，搅拌头从工件上移走，完成焊接，最终形成一个完整的没有匙孔的焊点。摆动式ＦＳＳＷ的最大特点是，搅拌头除以一定速度旋转、对工件摩擦产热外，还在一个圆形的轨道区域内移动，最后回到中心。这种方法的优点是增加了焊点截面积，从而增加了点焊接头的剪切力。搅拌摩擦点焊的优点１与电阻点焊（ＲＳＷ）对比（１）生产成本与能源消耗。传统电阻点焊焊接铝合金时，需要大功率电源，还需要添加冷却水和压缩空气装置，且电极寿命短，因此它有能源消耗大，投资成本高的缺点。采用ＦＳＳＷ完全克服了传统电阻点焊的缺点。马自达汽车公司最新型的全铝结构跑车ＭａｚｄａＲＸ－８就采用了ＦＳＳＷ技术来进行铝合金车门和车体的焊接Ｈ。１。马自达汽车公司称，采用这种新的焊接方法使得电能消耗比以往下降了９９％。一般焊接铝合金的电阻焊机的功率为１０００ｋＶＡ，而搅拌摩擦焊只需要１０ｋＶＡ，并且不需要冷却剂、压缩空气以及电阻焊的大电流。而且与传统电阻焊相比，其设备的投资也下降了４０％。ＦＳＳＷ焊接单点所用费用仅为ＲＳＷ的１／５左右ｕ１。（２）接头质量。电阻点焊属于熔焊，接头中易出现气孔、裂纹和虚焊等缺陷，接头强度可靠性低，且焊后易发生翘曲变形。而ＦＳＳＷ属于固相连接，在搅拌头旋转、挤压和粉碎等机械力的作用下，形成致密的组织结构，使ＦＳＳＷ接头具有优异的机械性能。川崎重工公司对ｌ～３ｍｍ厚的６０６１铝合金ＲＳＷ接头和ＦＳＳＷ接头的拉伸剪切强度进行了对比，结果如图１所示…。图中蓝色柱形高度表示ＲＳＷ接头剪切强度，灰色柱形高度表示ＦＳＳＷ接头剪切强度。经对比研究发现，同厚度材料的ＦＳＳＷ接头拉伸剪切强度约为ＲＳＷ接头的１．５～２倍，明显高于ＲＳＷ接头。ＦＳＳＷ接头除具有良好的静强度外，还具有较好的疲劳性能。日本岐阜大学的ＹｏｓｈｉｈｉｋｏＵｅｍａｔｓｕ等人怕１对Ａ卜Ｍｇ—Ｓｉ系合金ＦＳＳＷ和ＲＳＷ接头的疲劳性能进行了对比（见图２）。等面积连接的２种接头，在同水平应力载荷下，ＦＳＳＷ接头疲劳寿命高于Ｒｓｗ。其中ＦＳＳＷ疲劳曲线中实心圆和空心圆分别表示２种不同的断裂模式（见图３）。在高载荷下，断裂发生在混合区，以Ａ模式断裂。最大载荷较低时，以Ｂ模式断裂，裂纹起始于焊核区边缘，并沿厚度方向扩展。２与铆接对比（１）生产成本与能源消耗。铆接是飞行器制造中使用较普遍的一种连接方法。铆接最主要的一个特点是需要在铝合金板中加入铆钉、螺栓和螺母等紧固件，不但消耗了大量材料，还大大增加了结构件的图１不同厚度６０６１铝合金ＲＳＷ与ＦＳＳＷ接头拉伸剪切强度对比
疲劳寿命Ｎ，／次图２ＡＩ－Ｍｇ－Ｓｉ系铝合金ＲＳＷ与ＦＳＳＷ接头疲劳性能对比
２００９年第１６期・航空嗣造技术７１万方数据搅拌摩擦焊ＦＲｌｃＴ俐ｓＴＩＲｗＥＬＤＩＮＧ
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口芒塑匡兰］（ｂ）低载荷：类型Ｂ图３ＡＩ－Ｍｇ－Ｓｉ系铝合金ＦＳＳＷ接头疲劳断裂模式示意图重量。在铆接中，紧固件附加材料的消耗约占加工费用的９０％。而ＦＳＳＷ焊接过程则不需添加任何材料。ＦＳＳＷ焊接单点所用费用仅为铆接的１／２０左右川。（２）接头质量。美国ＳＤＳＭ＆Ｔ大学的ＷｍｉａｉｎＪ．Ａｒｂｅｇａｓｔ等人通过研究２ｘｘｘ、７ｘｘｘ和６ｘｘｘ等多种材料的铆接和ＦＳＳＷ（见图４）ｏ”，也同样得到了ＦＳＳＷ接头剪切强度高于铆接接头的结论。美国空军研究中心分别采用搅拌摩擦点焊、搅拌摩擦焊和铆接３种方法制造飞机带筋壁板试验件，并进行结构强度性能试验，其剪切试验结果如图５所示Ⅲ１。通过试验可知，搅拌摩擦焊和搅拌摩擦点焊剪切性能均优于铆接结构，在相同的外载下，搅拌摩擦点焊壁板与搅拌摩擦搭接焊壁板焊接接头产生的位移相同，并且搅拌摩擦点焊壁板最大承载能力优于搅拌摩擦焊壁板。３搅拌摩擦点焊在航空领域的优越性在飞行器的制造中，零部件的装配连接使用了大量的铆接和螺栓连接结构，这就导致了零件多，速度慢，制造步骤复杂，不容易实现生产装配自动化的结果。美国宇航局专门考察了搅拌摩擦点焊的技术优势。以典型战斗机机翼装配为例，一架战斗机的机翼包括３００多个零部件，约２３０００多个紧固件，需要１～１．５年装配完成。如采用搅拌摩擦点焊代替铆接，不但可以取代紧７２航空镧造技术・２００９年第１６期固件，减少零件数量，使得机翼重量减轻约１７．５％咿１，还可以降低装配费用，减少设计成本，大大降低了生产成本。同时由于其有焊前准备工作简单，装配方便，操作程序少，焊接速度快等优势，因而具有比铆接更快的制造速度“州。此外，对于给定的应力水平而言，搅拌摩擦点焊可以消除铆接或螺接引起的应力集中，提高飞行器疲劳性能，延长飞行器使用寿命。搅拌摩擦点焊在航空制造领域的应用搅拌摩擦点焊技术较适用于搭接结构，如飞机内部加强板的乎板和Ｌ形型材的搭接，飞机机身蒙皮和Ｌ形加强筋的搭接。还适用于一些平面曲线或空间曲线结构的焊接，如飞机舱门、窗门和口盖等预成形壁板结构的搭接、飞机机翼带筋壁板的搭接等。美国ＡｄｖａｎｃｅｄＭａｔｅｒｉａｌｓＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇａｎｄＪｏｉｎｉｎｇＣｅｎｔｅｒ（ＡＭＰ）公司对平板与Ｔ型筋进行回填式搅拌摩擦点焊连接，具有焊后无匙孔、焊点成形美观以及内部无缺陷等优点¨１。搅拌摩擦点焊除用于结构件生产外，还可对航空构件缺陷进行修复，如裂纹、破孔、缺Ｉ：１和断裂等。传统修理这些损伤的方法主要有铆接加强片、安装补片、衬片、加强筋及上螺钉等。这些方法都存在一定的局限性，如添加的铆钉易引起各种应力及腐蚀问题、会降低构件的性能和使用寿命等，属于次强度修理方法。采用搅拌摩擦点焊对损伤构件进行修复，不但可以减少大量铆钉、螺钉使用数量，简化修理工艺，还可以达到等强度修理的性能指标［１１１．图６为利用搅拌摩擦点焊对飞机机翼蒙皮结构的铆钉进行修复，从而提高结构件的使用寿命门Ｊ。
铆钉直径或薄板厚度／英寸图４不同材料铆接与ＦＳＳＷ接头剪切强度对比（注：１磅＝４．４４８Ｎ，ｌ英寸＝２５．４ｍｍ，Ｉｋｓｉ＝６．８９５ＭＰａ）
≥万方数据ＦＲＩｃＴｌｏＮｓＴＩＲｗＥＬＤ｛ＮＧ搅拌摩擦焊航空常用铝合金搅拌摩擦点焊研究概况国外研究学者针对航空常用材料及结构进行了相关的搅拌摩擦点焊研究。主要涉及的内容包括：搅拌头Ｄ．Ａ．Ｂｕｌｌｏｒｄ等人ｕ２’比较了ＡＡ２０２４－Ｔ３板与ＡＡ７０７５－Ｔ６加强筋铆接接头和摆动式ＦＳＳＷ接头的疲劳扩展速率。结果表明，在裂纹向靠近接头方向扩展时，铆接接头的裂纹扩展速率以递增的方式提高，而图５飞机壁板ＦＳＷ．铆接和ＦＳＳＷ剪切性能对比（注：ｌ磅＝４．４４８Ｎ，ｌ英寸＝２５．４ｍｍ，ｌｋｓｉ＝６．８９５ＭＰａ）形貌及焊接参数对接头性能的影响；同种和异种材料的ＦＳＳＷ｝利用数值模拟方法评价接头形貌的几何特征及微观结构对机械性能的影响等。Ｔｗｅｅｄｙ．Ｂ．Ｍ．等人口１研究了搅拌头形貌和焊接参数对薄板铝合金摆动式ＦＳＳＷ接头的影响。试验材料为Ｉｍｍ２０２４－Ｔ３，摆动形式如表１所示。转速范围６００～２９００ｒ／ｍｉｎ，焊速范围２．１～８．５ｍｍ／ｓ，０～ｌ。倾角，焊接锻压力２～６ｋＮ。经过一系列工艺试验表明，当焊接参数为各区间的最高值时，接头的性能最好。ＦＳＳＷ接头的裂纹扩展速率则以递减的方式降低，说明摆动式ＦＳＳＷ产生了对接头性能有利的残余应力，从而阻止了疲劳裂纹沿焊合线的扩展。Ａ．Ｅｃｈｅｖｅｒｒｉａ等人“刭研究了ＡＡ２０２４－Ｔ３（１．２７ｒａｍ）、ＡＡ２０２４－Ｏ（２．２ｍｍ）和ＡＡ７０７５－Ｔ６（１．２７ｍｍ）同种和异种材料的常规ＦＳＳＷ，对接头硬度、剪切等性能进行了测试，建立了机械性能与焊接参数的关系，并得出下列结论：ＦＳＳＷ接头搅拌区的硬度最高，约为１４５ＨＶｏｔ２，热影响区没有发生软化现象Ｉ经ＦＳＳＷ后，２０２４－Ｏ圈６利用ＦＳＳＷ修复飞机机翼蒙皮结构中的铆钉铝合金接头硬度大幅度提高，２０２４－Ｔ３接头硬度则与母材相当；对同种材料ＦＳＳＷ，剪切失效载荷随转速的提高而降低，随下压深度的增加而增加。对异种材料ＦＳＳＷ，在较低的下压速度下，提高转速使剪切失效载荷降低，在较高的下压速度下，转速对其没有影响。ＧＫＳＳ研究中心的Ｍａｚｚａｆｅｒｒｏ等人“卅建立了回填式ＦＳＳＷ接头搭接剪切试样和十字形拉伸试样的数学模型，并对拉伸试验中应力水平和变形特征进行了模拟计算，模拟结果与实际结果相似。通过数值模拟可以掌握接头各区形貌的变化对接头性能的影响，从而为实际焊接提供了理论指导。北京航空制造工程研究所前期开展了２０２４－Ｔ３（１．６ｍｍ、２．０ｍｍ）、２５２４－Ｔ３（１．６ｍｍ、２．０ｒａｍ）、７０７５－Ｔ６（１．６ｍｍ）同种和异种材料的常规ＦＳＳＷ和摆动式ＦＳＳＷ研究，包括搅拌头形貌优选和焊接参数优化，并对典型接头进行了金相观察、搭接剪切试验及显微硬度测试。目前接头单点最大剪切力可达４．２ｋＮ。从接头显微硬度分布图中可看出，搅拌摩擦点焊接头硬度分布与搅拌摩擦焊相似，软化区一般位于接头热机影响区附近，且随着测量位置的下移，硬度最低点距焊核越近。下一步的工作重点在于回填式ＦＳＳＷ技术的研究，并力求通过系统工艺试验验证，使该技术在工程领域得到应用。
