搅拌摩擦焊过程中搅拌头受力与变形的计算方法

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。

搅拌摩擦焊的原理、工艺特点、装备特点及飞机制造中的应用一．搅拌摩擦焊的原理搅拌摩擦焊（简称：FSW）是利用一种非损耗的特殊形状的搅拌头，旋转着插入被焊零件，然后被焊零件的待焊界面向前移动，通过搅拌头对材料的搅拌，摩擦，使待焊材料加热至热塑性状态，在搅拌头高速旋转的带动下，处于塑性状态的材料环绕搅拌头由前向后转移，同时结合搅拌头对焊缝金属的挤压作用，在热-机联合作用下材料扩散连接形成致密的金属间固相连接。

搅拌摩擦焊原理图二．搅拌摩擦焊的工艺特点搅拌摩擦焊的原理决定了它有完全不同于传统熔焊的焊接工艺。

与其它焊接方法相比,搅拌摩擦焊具有以下显著特点：1)不需要氢、氦等保护气体和填充材料,节约资源。

不产生弧光、烟尘、噪声以及任何有害的烟雾气体,减少了对人体危害,属于绿色环保高技术。

2)焊前不需要对被焊接材料进行严格清理、打磨和加工开剖口,大大降低了劳动强度,提高了工作效率。

3)依赖人的控制参数小,易于实现自动化生产,采用立式,卧式工装均可实现焊接,焊接质量的一致性高。

4)可以实现传统焊接难以焊接的铝合金材料,也可以焊接异种金属。

5)由于焊接温度相对较低,焊接大尺寸工件变形很小,焊接区的残余应力和残余变形也显著减少。

6)焊接装配要求低,焊件结合面的装配间隙小于焊件厚度的10%时,不会影响接头质量。

FSW技术的主要工艺参数是摩擦速度及时间,关键技术问题在于特殊结构形状的搅拌头。

对于不同的待焊材料,接头形式,搅拌头的材料和形状及搅拌摩擦焊的工艺都应不同。

三.搅拌摩擦焊的装备特点搅拌摩擦焊的搅拌头由特殊形状的搅拌指棒和轴肩组成，轴肩的直径大于搅拌指棒的直径，在焊接过程中轴肩和被焊材料的表面紧密接触，防止塑化金属材料的挤出和氧化。

同时，搅拌轴肩还可以提供部分焊接所需要的搅拌摩擦热，搅拌指棒的形状比较特殊，焊接过程中搅拌指棒要旋转着插入被焊材料的结合界面处，并且沿着待焊界面向前移动。

对于对接焊缝，搅拌指棒的插入深度一般要略小于被焊材料的厚度。

第235篇：搅拌摩擦焊之搅拌头以铝合⾦搅拌头为例；
常规搅拌⼯具轴肩直径有
针规格2mm3mm4mm5mm
轴肩直径10mm12mm14mm16mm
1、搅拌⼯具轴肩有⼀定的覆盖区域，下⽅需要有材料（如果没有材料⽀撑，会造成焊接塌陷）；
2、除轴肩覆盖区域外，两侧单边需要预留2mm的余量，避免焊接过程中挤料；
3、材料平⾯度和单边间隙量保持在0.2mm以下，避免飞边⽑刺过多以及缺料造成焊接缺陷；
1、电控盒普遍采⽤对搭接的结构形式，在平⾯上焊接；
2、假设搅拌⼯具焊接深度是3mm，绿⾊虚线标识为轴肩覆盖区域,直径12mm；
3、红⾊实线搭接区域，建议按照6mm设计；。

综述航天期造技术搅拌摩擦点焊技术简介赵衍华张丽娜刘景铎杜岩锋王国庆（首都航天机械公司，北京１０００７６）摘要搅拌摩擦点焊（ＦＳＳＷ）是在搅拌摩擦焊的基础上开发的一种新型固相修补焊接技术，具有接头质量高、缺陷少、变形小等优点。

详细阐述了搅拌摩擦点焊焊接原理和技术特点，介绍了国内外研究现状及其在汽车等制造业中的应用，指出搅拌摩擦点焊在运载工具铝合金结构件制造过程中具有重要意义，是未来铝合金连接技术的发展方向之一。

关键词搅拌摩擦点焊原理铝合金结构件ＩｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎｏｆＦｒｉｃｔｉｏｎＳｔｉｒＳｐｏｔＷｅｌｄｉｎｇＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＺｈａｏＹａｎｈｕａＺｈａｎｇＬｉｎａＬｉｕＪｉｎｇｄｕｏＤｕＹａｎｆｅｎｇＷａｎｇＧｕｏｑｉｎｇ（ＣａｐｉｔａｌＡｅｒｏｓｐａｃｅＭａｃｈｉｎｅｒｙＣｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１０００７６）ＡｂｓｔｒａｃｔＦｒｉｃｔｉｏｎｓｔｉｒｓｐｏｔｗｅｌｄｉｎｇ（ＦＳＳＷ）ｉｓａｎｅｗｓｏｌｉｄｓｔａｔｅｊｏｉｎｉｎｇｍｅｔｈｏｄ，ｗｈｉｃｈｉｓａｖａｒｉａｎｔｏｆｆｒｉｃｔｉｏｎｓｔｉｒｗｅｌｄｉｎｇ．ＴｈｅｑｕａｌｉｔｙｏｆｔｈｅＦＳＳＷｗｅｌｄｉｎｇｊｏｉｎｔｓｉｓｐｅｒｆｅｃｔ，ｄｕｅｔｏｉｔｓｈｉｇｈｍｅｃｈａｎｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｙ，ａｌｉｔｔｌｅｄｅｆｅｃｔｓａｎｄｓｍａｌｌｄｉｓｔｏｒｔｉｏｎ．ＴｈｅｐｒｉｎｃｉｐｌｅａｎｄｔｅｃｈｎｉｃａｌｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆＦＳＳＷａｒｅｐａｒｔｉｃｕｌａｒｌｙｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ．Ｔｈｅｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎｓ觚ｓａｎｄａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆＦＳＳＷａｒｏｕｎｄｔｈｅｗｏｄｄｈａｖｅｂｅｅｎｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄｔＯＯ．ＦＳＳＷｉｓａｐｒｏｍｉｓｉｎｇｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｆｏｒａｌｕｍｉｎｉｕｍａｌｌｏｙｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ，ａｎｄｓｔｕｄｙｉｎｇｔｈｅｎｅｗｗｅｌｄｉｎｇｍｅｔｈｏｄｗｉｌｌｂｅｂｅｎｅｆｉｃｅｎｔｔｏｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇｏｆｄｅｌｉｖｅｒｙｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓｆｒｉｃｔｉｏｎｓｔｉｒｓｐｏｔｗｅｌｄｉｎｇｐｒｉｎｃｉｐｌｅａｌｕｍｉｎｉｕｍａｌｌｏｙｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ１引言随着全球资源与环境保护问题的日趋严峻，运载工具的轻量化设计成为汽车、航空航天等制造领域的发展方向。

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。

搅拌摩擦焊的原理以及搅拌头的种类搅拌摩擦焊，听起来是不是有点高大上？别担心，其实它就是一个很酷的技术，能够把两块金属紧紧地焊在一起，而且不需要用到什么传统的焊接材料，就好像用“摩擦”来把它们粘在了一起。

你没听错，就是“摩擦”！这也让很多人觉得这项技术有点神秘。

其实啊，搅拌摩擦焊不光是个“神奇”的名字，它背后还有一整套精密的原理呢。

简单说，就是通过高速旋转的搅拌头在金属表面摩擦生热，然后把金属加热到一定的温度，达到塑性状态，再加上压力，将两块金属“粘合”在一起，最后形成坚固的连接。

哎呦，听起来是不是很神奇？其实啊，这种焊接方式最吸引人的地方就是它不需要填充材料，也就是说焊接过程中的金属不会被浪费掉。

你想啊，通常的焊接都得用焊条或焊丝啥的，但在搅拌摩擦焊里，这两块金属就像是俩死党一样，直接合体，没有任何中间的“杂七杂八”。

这技术简直就是个“老司机”，特别是在一些对焊接质量要求高的领域，简直是如虎添翼。

你能想象吗？它可以用在汽车、航空、船舶甚至一些高端的能源领域，而且接头非常牢固，简直就是“天衣无缝”！不过说到搅拌摩擦焊的原理，就不得不提搅拌头了。

搅拌头可是这项技术的“大功臣”，它就像是焊接过程中的“魔法师”，没有它，焊接就不可能顺利完成。

你看，搅拌头通常由一个旋转的工具组成，这个工具就像个旋风一样，直接把金属表面搅拌得热乎乎的，创造了一个足够的摩擦力和热量。

就这么简单，金属就能在它的帮助下融合起来。

不过，搅拌头可不止是个简单的工具，它的种类可是五花八门，各种形状，功效各异。

就像一个顶级厨师的工具箱，里面每样工具都有它独特的作用。

其中常见的一种搅拌头叫做“圆锥形搅拌头”。

你可以把它想象成一个小小的圆锥，尖尖的部分直接接触到金属表面，通过旋转产生摩擦，达到加热金属的目的。

这种搅拌头就像是个打破僵局的高手，能够快速而均匀地加热金属，促进金属的塑性变化。

另一种比较常见的就是“螺旋形搅拌头”，它的结构就像是一个旋转的螺旋桨，能够在焊接过程中产生更强的搅拌效果，帮助金属更好地融合。

搅拌摩擦焊接过程控制研究综述陈书锦;薛俊荣;李浩;倪瑞洋;周洋【摘要】从搅拌摩擦焊接过程参数测控角度出发，综述了焊接区域温度、轴向力等主要过程参数的检测方法、各参数的影响因素分析；重点回顾了搅拌摩擦焊接过程参数的控制研究，主要内容为焊接区域温度的控制、轴向力控制、扭矩控制、压入深度控制、焊缝自动跟踪，当前主要采用PID控制器；由于过程模型的建立较为困难，自适应控制是较为理想的方法，控制律和稳定设计是关键环节。

进一步加强焊接机理研究，建立更为完善的过程控制模型，才能进一步实现搅拌摩擦焊接过程的高度自动化、智能化。

%ABSTRACT:From the perspective of detection and control of friction stir welding,this paper reviewed the detecting meth-ods of the main process parameters, such as the temperature of the weld zone, the axial force, focused on reviewing the process parameters control of the welding zone temperature control, the axial force control, torque control, indentation depth control and seam tracking, PID controllers currently was used in existing studies. Since the establishment of the process model is relatively difficult, adaptive control is an ideal method to solve this problem. The control law and stability design are key link. In order to realize the highly automatic and intelligent control of friction stir welding process, it is neces-sary to further strengthen the welding mechanism research, establish a more perfect process control model at the same time.【期刊名称】《精密成形工程》【年(卷),期】2015(000)005【总页数】8页(P52-58,64)【关键词】搅拌摩擦焊接;焊接过程控制;区域温度;轴向力;焊接扭矩【作者】陈书锦;薛俊荣;李浩;倪瑞洋;周洋【作者单位】江苏科技大学材料科学与工程学院，江苏镇江212003;江苏科技大学材料科学与工程学院，江苏镇江212003;江苏科技大学材料科学与工程学院，江苏镇江212003;江苏科技大学材料科学与工程学院，江苏镇江212003;江苏科技大学材料科学与工程学院，江苏镇江212003【正文语种】中文【中图分类】TG453+.9;TG409自从1991年搅拌摩擦焊接(Friction Stir Welding，FSW)技术诞生以来[1]，人们对于这项绿色高效的固相连接技术的研究方兴未艾。

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（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：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。

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。

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。

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。

在常规FSW中，轴肩与被焊接材料之间的摩擦是主要的产热方式。

铝板搅拌摩擦焊如何减少变形的方法1. 引言铝板搅拌摩擦焊是一种先进的焊接方法，可以实现高强度、高密度和高质量的焊接。

但是在焊接过程中，由于铝板的热敏感性，往往会出现变形的问题，影响焊接质量。

如何有效减少铝板搅拌摩擦焊的变形，成为当前焊接领域的一个热点问题。

2. 选用适当的焊接参数在进行铝板搅拌摩擦焊时，选择适当的焊接参数是至关重要的。

在选择转速和焊接速度时，需要根据铝板的厚度和材质来进行合理调整。

通常情况下，较高的转速和较慢的焊接速度可以减少热输入，降低焊接温度，进而减少变形的发生。

需要注意控制焊接时间，避免过长的焊接时间导致铝板过度加热，增加变形的风险。

3. 采用预热工艺为了减少铝板搅拌摩擦焊的变形，可以考虑采用预热工艺。

预热可以降低焊接区域的温度梯度，减少热应力的产生，从而减少变形的可能。

在预热的过程中，需要控制好预热温度和时间，避免过度预热导致焊接区域过软，影响焊接质量。

4. 使用适当的支撑和夹具在进行铝板搅拌摩擦焊时，适当的支撑和夹具可以帮助固定焊接件，减少变形的发生。

通过合理设计和使用支撑和夹具，可以稳定焊接件的形状，减少热变形的影响。

还可以采用局部加热或冷却的方法，对焊接区域进行有针对性的控制，进一步减少变形的风险。

5. 控制焊接过程中的变形在铝板搅拌摩擦焊的过程中，需要密切关注焊接件的变形情况，及时采取措施进行调整。

可以通过轻微的机械或热力变形来补偿焊接过程中产生的变形，从而使焊接件保持理想的形状。

需要加强对焊接过程的监控，确保焊接质量和形状稳定。

6. 总结通过合理选用焊接参数、采用预热工艺、使用适当的支撑和夹具，以及控制焊接过程中的变形，可以有效减少铝板搅拌摩擦焊的变形。

这些方法不仅可以提高焊接质量，还可以降低后续的工艺调整和修复成本，具有重要的实际意义。

7. 结语铝板搅拌摩擦焊在减少变形方面的研究，对于促进焊接技术的发展和应用具有重要意义。

如何有效减少铝板搅拌摩擦焊的变形，需要在工程实践和科学研究的基础上不断探索和完善。

一、实验目的1. 了解搅拌摩擦焊的基本原理和操作方法。

2. 掌握搅拌摩擦焊实验设备的操作流程。

3. 分析搅拌摩擦焊过程中的关键参数对焊接质量的影响。

4. 评估搅拌摩擦焊在特定材料焊接中的应用效果。

二、实验原理搅拌摩擦焊（Friction Stir Welding，FSW）是一种新型固相连接技术，通过高速旋转的搅拌头与工件接触产生摩擦热，使材料发生塑性变形，实现焊接。

该技术具有焊接接头质量高、变形小、无需填充材料等优点。

三、实验设备与材料1. 实验设备：搅拌摩擦焊机、焊接电源、引伸计、硬度计等。

2. 实验材料：不锈钢板材，尺寸为100mm×100mm×3mm。

四、实验方法1. 根据实验要求，设置搅拌摩擦焊机的参数，包括搅拌头的转速、焊接速度、搅拌头插入深度等。

2. 将不锈钢板材放置在焊接机的工作台上，调整好夹具，确保工件固定牢固。

3. 启动搅拌摩擦焊机，进行焊接实验。

焊接过程中，观察搅拌头的旋转状态和焊接接头的形成过程。

4. 焊接完成后，对焊接接头进行外观检查、力学性能测试和金相组织分析。

五、实验结果与分析1. 外观检查：焊接接头表面光滑，无裂纹、气孔等缺陷，焊接质量良好。

2. 力学性能测试：焊接接头的抗拉强度、弯曲强度等指标均达到母材水平，说明搅拌摩擦焊具有良好的力学性能。

3. 金相组织分析：焊接接头的显微组织为细小的等轴晶粒，晶粒尺寸均匀，无明显的热影响区，说明搅拌摩擦焊具有优异的组织性能。

六、讨论与结论1. 搅拌摩擦焊具有焊接接头质量高、变形小、无需填充材料等优点，在航空航天、汽车制造等领域具有广泛的应用前景。

2. 实验结果表明，搅拌摩擦焊能够有效地焊接不锈钢板材，焊接接头质量良好，力学性能满足要求。

3. 搅拌摩擦焊过程中的关键参数对焊接质量有重要影响。

通过合理调整搅拌头的转速、焊接速度、搅拌头插入深度等参数，可以获得高质量的焊接接头。

七、实验总结本次实验成功进行了搅拌摩擦焊实验，验证了搅拌摩擦焊技术的可行性和有效性。

搅拌摩擦焊焊接工装的工艺参数优化与控制搅拌摩擦焊是一种高效、环保的金属焊接技术，它能够实现金属材料的快速、高质量连接。

在搅拌摩擦焊过程中，工装的设计和工艺参数的控制至关重要。

本文将介绍搅拌摩擦焊焊接工装的工艺参数优化与控制。

一、工装设计搅拌摩擦焊工装的设计对焊接质量有着直接影响。

合理的工装设计应考虑以下几个方面：1.1 夹具设计夹具是搅拌摩擦焊过程中用来固定工件的装置。

夹具设计应考虑到工件的形状和尺寸，确保工件能够稳固地固定在夹具上，从而保证焊接的准确性和稳定性。

1.2 冷却系统设计搅拌摩擦焊过程中会产生大量的热量，如果不能及时有效地散热，容易导致焊接区域过热，影响焊接质量。

因此，冷却系统设计至关重要，应确保能够及时散热，保持焊接区域的温度适中。

1.3 轴向力调节搅拌摩擦焊过程中，轴向力的大小会直接影响焊接接头的密实性和稳定性。

因此，工装设计中应考虑轴向力的调节机制，确保能够精确控制轴向力的大小。

二、工艺参数优化搅拌摩擦焊的工艺参数包括搅拌速度、旋转速度、轴向力等。

这些参数的选择会直接影响焊接接头的质量。

工艺参数的优化需要在实验和理论分析的基础上进行，确保焊接的质量和稳定性。

2.1 搅拌速度搅拌速度是指焊接头部的搅拌工具在摩擦接触表面上旋转的速度。

适当的搅拌速度可以有效地加热金属材料，在搅拌摩擦焊过程中实现金属材料的塑性变形，从而实现高质量的焊接接头。

2.2 旋转速度旋转速度是指焊接头部的旋转速度，它直接影响着热量的均匀分布和焊接接头的成型。

通过调节旋转速度，可以控制焊接接头的形状和尺寸，确保焊接接头的质量。

2.3 轴向力轴向力是指焊接头部对工件施加的轴向压力。

适当的轴向力可以保证焊接接头的紧密性和稳定性，同时避免因过大的轴向力导致焊接区域的变形和破坏。

三、工艺参数控制在实际的搅拌摩擦焊过程中，工艺参数的控制是确保焊接质量的关键。

通过合理的监测和控制，可以实现焊接接头的高质量和稳定性。

3.1 温度监测搅拌摩擦焊过程中的温度对焊接质量有着直接的影响。

搅拌摩擦焊搅拌摩擦焊（Friction Stir Welding ，简称FSW ）是由英国焊接研究所于1991年提出的一种固态连[1]接方法。

与传统的熔化焊接方法相比较，搅拌摩擦焊具有晶粒细小、力学性能良好、焊接时不需使用保护气体、焊接后残余应力和变形小等优[2]点。

搅拌摩擦焊自提出以来，引起了各国学者和研究机构的广泛重视，成为了国内外的研究热点。

经过十几年的发展，搅拌摩擦焊这种新型固相焊接方法已经从技术研究层面迈向高层次的工程化和工业化应用阶段，成为铝及铝合金首选的连接工艺。

目前，搅拌摩擦焊在航空航天工业、造船业、汽车业等工业领域有了广泛的应用。

近年来，国内轨道车辆制造技术快速改进，搅拌摩擦焊技术开始用于铝合金车体制造。

搅拌摩擦焊铝合金车体的成功试制，标志着搅拌摩擦焊技术在国内轨道车辆工程化应用的开始。

1、搅拌摩擦焊工艺及接头组织性能特点1.1 搅拌摩擦焊焊接工艺过程[3]搅拌摩擦焊的焊接工艺如图1-1所示。

置于垫板上的对接工件通过夹具夹紧，以防止对接接头在焊接过程中松开。

一个带有特型焊针的搅拌焊头旋转并缓慢插入两块对接板材之间的焊缝处。

焊针的长度接近焊缝的深度，当旋转的焊针接触工件表面时，与工件表面快速摩擦产生的摩擦热使接触点材料的温度升高，强度降低。

焊针在外力作用下不断顶锻和挤压接缝两边的材料，直至轴肩紧密接触工1-接缝；2-搅拌头前沿；3-前进侧；4-母材；5-搅拌针；6-搅拌头后沿；7-焊缝；8-搅拌头旋转方向；9-后退侧图1-1 搅拌摩擦焊焊接工艺过程件表面为止。

这时，由旋转轴肩和焊针产生的摩擦热在轴肩下面和焊针周围形成大量的塑化层。

当工件相对焊针移动或焊针相对工件移动时，在焊针侧面和旋转方向上产生的机械搅拌和顶锻作用下，焊针的前表面把塑化的材料移送到焊针后表面。

这样，焊针沿着接缝前进时，搅拌焊头前头的对接接头表面被摩擦加热至轴向压力 前进方向12 3 4 56789超塑性状态。

结果，焊针摩擦接缝，破碎氧化膜，搅拌焊头后方的磨碎材料。