下载文档原格式
搅拌摩擦焊工艺流程
《搅拌摩擦焊工艺流程》
搅拌摩擦焊是一种先进的固态焊接工艺，它通过在金属材料接触面上施加轴向力和旋转摩擦热量的方式来实现材料的固态连接。
这种工艺不需要填充材料，避免了传统的熔化焊接中出现的气孔和裂纹等缺陷，因此具有焊接接头强度高、焊接速度快、焊接质量稳定的优点。
搅拌摩擦焊的工艺流程一般包括以下几个步骤：
1. 准备工作：首先需要准备好待焊接的金属材料，确保表面清洁并且没有油污和氧化物。
同时还需要准备好搅拌摩擦焊设备，包括摩擦焊头和加工台等。
2. 对接材料：将待焊接的金属材料对接在一起，并设置合适的摩擦焊头位置和压力，以确保焊接接头的质量。
3. 开始摩擦热：启动设备，让摩擦焊头在两块金属材料的接触面上旋转摩擦，产生摩擦热。
同时施加轴向力，将两块金属材料紧密接触在一起。
4. 搅拌连接：在摩擦热的作用下，金属材料表面开始软化，搅拌摩擦焊头开始向两块材料之间折叠，将材料的粒子分布重新整合，实现固态连接。
5. 冷却固化：当搅拌连接完成后，停止摩擦热和轴向力，让焊
接接头自然冷却，使焊接接头固化并达到理想的焊接强度。
通过以上步骤，搅拌摩擦焊工艺可以实现金属材料的固态连接，无需添加额外材料，焊接接头的质量和性能更加稳定可靠。
在航空航天、汽车制造和核工业等领域，搅拌摩擦焊已经得到广泛应用，并展现出了巨大的潜力和市场价值。
搅拌摩擦焊技术（四）－FSW焊接接头的力学性能-工程在一般情况下，搅拌摩檫焊焊接接头的力学性能，大约与母材和MIG焊接接头性能相当，。
（一）接头的抗拉强度和弯曲性能最近英国焊接研究所（TWI）认为，2000、5000、7000等系铝合金的搅拌摩檫焊焊接接头的常态强度与母材等强度，但也有的低于母材。
表2-2给出了铝合金搅拌摩檫焊焊接接头的力学性能数据。
表2-2 铝合金的搅拌摩檫焊焊接接头的拉伸试验结果注：PM－断裂在母材，WM－断裂在焊缝，HAZ－断裂在热影响区，HAZ/ PM－断裂在热影响区和母材交接处Kluken等对采用各种焊接方法和搅拌摩檫焊焊接的A6005铝合金接头的静态强度进行了比较，从表2-2中可以看出，等离子弧小孔焊焊接接头的抗拉强度值最高，为194MPa；搅拌摩檫焊最低，为175Mpa，而接头的延伸率却最高，为22%。
但是搅拌摩檫焊焊接接头没有气孔、裂纹等缺陷。
2000系铝合金的搅拌摩檫焊焊接接头，断裂发生在热影响区。
铝合金分为热处理型和非热处理型。
对于热处理型合金来说，采用熔焊时，焊接接头性能发生改变是一个大问题。
飞机制造用的2000、7000系硬铝，时效后进行搅拌摩檫焊，或搅拌摩檫焊之后进行时效处理，两者焊接接头的静态抗拉强度约为母材的80~90%。
6000系的6N01-T6铝合金广泛用于日本的铁路车辆制造。
焊接和时效处理顺序对机械性能有很大的影响。
表2-3是12mm的6No1-T6铝合金在大气中和水冷中进行搅拌摩檫焊，焊接接头的抗拉强度试验结果。
从试验结果可以看出，经时效处理后，焊接接头的抗拉强度得到了提高。
表2-3 焊接中冷却方式和时效处理对抗拉强度的影响摩擦焊的焊接强度和板厚的关系:特别是在水冷中焊接的试件经时效处理后，改善效果最为显著。
这是因为，水冷使软化区变小，采用这样的时效处理，硬度回复效果特别好。
在一边水冷一边进行搅拌摩擦焊的情况下，接头强度的大小和被焊金属的厚度有关，如图2-26所示。
铝合金搅拌摩擦焊工艺铝合金搅拌摩擦焊是一种先进的焊接技术，具有高效、节能、环保等优点。
本文将详细介绍铝合金搅拌摩擦焊工艺的各个环节，帮助读者更好地了解这一技术。
一、焊接准备在进行铝合金搅拌摩擦焊之前，需要进行充分的焊接准备。
这包括检查工件表面的油污、锈迹等杂质，确保工件表面干净整洁。
同时，需要准备好搅拌头、焊机、夹具等焊接工具，并对工具进行必要的检查和调整。
二、装配铝合金搅拌摩擦焊的装配过程需要严格按照工艺要求进行。
首先，要将工件放置在夹具中，确保工件的位置和角度正确。
然后，根据焊接工艺要求，选择合适的搅拌头，并将其插入到工件中。
在装配过程中，需要保证搅拌头的稳定性和准确性，避免出现偏移或倾斜现象。
三、搅拌头插入搅拌头的插入是铝合金搅拌摩擦焊的关键步骤之一。
在插入过程中，需要控制好搅拌头的插入深度和角度，确保其与工件表面紧密贴合。
同时，要避免搅拌头与工件表面产生过大的摩擦力，以免造成工件表面损伤或搅拌头损坏。
四、搅拌摩擦在进行搅拌摩擦时，需要控制好搅拌头的旋转速度和压力，使焊缝处的材料充分流动和混合。
同时，要控制好焊接温度，避免出现过热或冷却不均匀现象。
在搅拌摩擦过程中，还需要注意搅拌头的磨损情况，及时更换磨损严重的搅拌头。
五、焊接过程控制铝合金搅拌摩擦焊的过程控制是保证焊接质量的关键。
在焊接过程中，需要实时监测焊接温度、压力、旋转速度等参数，并根据实际情况进行调整。
同时，要严格控制焊接时间，确保焊缝处的材料充分熔化和混合。
在焊接过程中，还需要注意防止外部因素对焊接质量的影响，如振动、污染等。
六、焊后处理铝合金搅拌摩擦焊完成后，需要进行必要的焊后处理。
这包括对焊缝进行冷却、去除焊渣、对焊缝进行修整等。
在冷却过程中，要控制好冷却时间和方式，避免出现裂纹等现象。
同时，需要去除焊缝表面的焊渣和氧化物，修整焊缝的形状和尺寸，使其符合工艺要求。
七、质量检测质量检测是保证铝合金搅拌摩擦焊接质量的必要环节。
检测内容包括外观检测、无损检测、力学性能检测等。
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。
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。
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。
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。
搅拌摩擦焊和熔焊对比优劣
搅拌摩擦焊和熔焊对比优劣
FSW（搅拌摩擦焊）的特点
搅拌摩擦焊（FSW）实践证明是非铁金属连接工艺，它没有母材熔化、填充金属和保护
气体。
因为它是固态连接工艺，搅拌摩擦焊消除了传统熔焊本身存在的大多数与再凝固相关
的副作用。
该工艺同时也能应用于全位置焊。
FSW的优点
三个重要特征展现了搅拌摩擦焊较之传统熔焊工艺的优势：高效率，低成本和有效连接
铝合金。
用传统熔焊法连接铝合金很难，或者几乎是不可能的。
FSW的优势
搅拌摩擦焊是一种快速工艺，变形小，没有气孔，无热裂纹，能在单焊道内焊接厚铝板。
这些都是效率高，生产成本低的原因。
表1显示的数据在焊接2in.厚铝型材时对FSW和GMAW两种焊接工艺作了比较。
虽然FSW投资成本要高些，但由于焊接速度快，焊接准备工作成本低，所以每段长度的成本
更少。
对焊接厚铝板来说，由于搅拌摩擦焊不熔化铝，所以不需要多焊道来限制线能量。
它有
足够的热来塑化铝，很像热压时的情况。
双重焊头设置也可用，能让用户同时焊接厚铝板的正反面，或同时焊接夹层板，从而进
一步减少了线能量。
同时，由于每个焊头负责材料厚度的一半，焊接总速度实质上加了倍。
使用搅拌摩擦焊的一个缺陷可能是焊接夹具投资成本，尤其是在更为复杂的焊接应用中。
每边必须有足够的侧边和向下夹紧压力，以夹紧它们不离原位。
这一方法可能需要用到液压传动装置。
这一压力可能很大，但很合理。
减少生产成本。
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。
搅拌摩擦焊标准
一。
搅拌摩擦焊这门技术，那可是现代工业领域的一把利剑！它的标准，就是确保这把剑锋利无比、精准无误的关键所在。
1.1 首先咱得说说这焊接质量的标准。
这就好比盖房子打地基，基础不牢，地动山摇。
焊接接头的强度、韧性，那得经得起考验，不能有丝毫马虎。
强度不够，就像纸糊的老虎，一戳就破；韧性不足，稍微受点力就裂成两半。
1.2 再讲讲焊缝的外观标准。
这焊缝啊，就像是人的脸面，得干净、整齐、美观。
不能有气孔、夹渣这些瑕疵，否则就像脸上长了麻子，看着就不舒服。
二。
接下来，咱们聊聊工艺参数的标准。
2.1 搅拌头的旋转速度，那可得恰到好处。
太快了，热输入过大，材料都被“煮烂”了；太慢了，又焊不透，成了“夹生饭”。
2.2 焊接的行进速度也有讲究。
快了慢了都不行，得像老牛拉车，稳稳当当，才能保证焊缝质量均匀一致。
2.3 还有焊接压力，这就好比给庄稼浇水，多了少了都长不好。
压力太大，容易把材料压坏；压力太小，又焊不结实。
三。
最后说说设备和操作的标准。
3.1 设备得精良，就像战士手里的枪，得好使。
定期维护保养，不能关键时刻掉链子。
3.2 操作人员那得是行家里手，技术娴熟，严格按照标准操作，不能随心所欲。
俗话说，没有规矩，不成方圆。
只有遵守标准，才能让搅拌摩擦焊发挥出最大的威力，为工业生产保驾护航！。
搅拌摩擦焊的应用
搅拌摩擦焊（Friction Stir Welding，简称FSW）是一种高效、高质量的焊接技术，广泛应用于各种工业领域。
以下是搅拌摩擦焊的一些应用领域：
1、汽车制造：搅拌摩擦焊在汽车制造中得到了广泛的应用，用于焊接汽车的底盘、车身、车顶、车门等部件。
这种焊接方法可以大大提高生产效率，降低生产成本，同时保证焊接质量。
2、航空领域：在航空领域，搅拌摩擦焊用于焊接飞机机身、机翼、起落架等部件。
这种焊接方法可以保证焊接质量，提高飞行安全性。
3、铁路运输：在铁路运输领域，搅拌摩擦焊用于焊接火车车厢、铁路桥梁等部件。
这种焊接方法可以提高焊接质量，延长设备使用寿命。
4、船舶制造：在船舶制造领域，搅拌摩擦焊用于焊接船体、甲板、船舱等部件。
这种焊接方法可以提高焊接质量，保证船舶安全性能。
5、能源工程：在能源工程领域，搅拌摩擦焊用于焊接石油管道、天然气管道、水处理设施等部件。
这种焊接方法可以提高焊接质量，保证能源输送安全。
6、机械制造：在机械制造领域，搅拌摩擦焊用于焊接各种机械设备的关键部件，如压力容器、泵、阀门等。
这种焊接方法可以提高焊接质量，保证设备运行安全。
总之，搅拌摩擦焊作为一种高效的焊接技术，已经在各个工业领域得到了广泛的应用，大大提高了生产效率和质量。
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。由于重力对这种固相焊接方法没有影响，搅拌摩擦焊可以用于全位置焊接，如横焊、立焊、仰焊、环形轨道自动焊等。 （二）、搅拌摩擦焊的热输入 在搅拌摩擦焊接过程中，搅拌焊针高速旋转并插入焊件，随即在焊接压力的作用下，轴肩与焊件表面接触，于是在轴肩与焊件材料上表面及搅拌针与接合面间产生大量的摩擦热，同时，搅拌针附近材料发生塑性变形和流体流动从而导致形变产热，其中摩擦热是焊接产热 的主体。随着搅拌焊头沿焊缝方向行走，这些热量对焊缝及焊缝附近的母材施以热循环作用，导致材料中沉淀相的溶解、焊缝和热影响区发生较大程度的软化搅拌摩擦焊本质上是以摩擦热作为焊接热源的焊接方法，所以热输入是影响焊接质量的直接、关键因素。焊缝中的温度与接头的力学性能之间有一个最佳范围,超出最佳范围,焊缝的热出入过大接头的力学性能降低.原因：铝合金在焊接过程中,热循环使焊缝两侧发生组织、性能变化的热效应区(HAZ),是产生软化的主要危险区域.软化区间的宽度直接与热输入成正比,所以要减小软化区间的宽度热输入.当焊缝中的温度进入铝合金的软化温度时,热影响区会发生强化相的析出和聚集,材料的固溶强化效果减弱,焊件的强度降低.随着温度的升高,强化相甚至发生过时效析出现象,材料固溶强化效果更差,强度下降越多. （三）搅拌摩擦焊参数的选择 搅拌摩擦焊接是一个复杂的过程,在搅拌头确定的前提下,搅拌摩擦焊最重要的工艺参数是搅拌头的旋转速度R、焊接速度v和轴肩的下压量。搅拌摩擦焊焊接接头的成型特点及性能和搅拌摩擦焊过程中单位长度焊缝吸收的能量有密切的关系,而单位长度焊缝吸收的能量同旋转速度与焊接速度的比值R/v有关,R/v值越大,表明搅拌头在单位长度的焊缝上旋转的次数越多,则输入材料内的热量越多,焊区的温度越高。反之,R/v值越小,则焊区的温度越低。 1.搅拌头转速 搅拌摩擦焊工艺试验过程中,在焊接压力及焊接速度不变的情况下(焊接速度为40mm/min,下压量为0.17mm),搅拌头旋转速度较低时,摩擦产热功率小,焊接区金属不能达到热塑性状态,不足以形成热塑性流动层,使得搅拌摩擦焊过程类似于金属的铣削加工,从而在焊缝表面产生沟槽。图1a为搅拌头转速为1000r/min时在焊缝表面产生沟槽。由于热输入不够,焊缝区金属不能完全塑化,塑性流动不够,使得部分镁合金粘附在搅拌头上,不能形成闭合的焊缝。此时由于搅拌头的探针上粘附了镁合金,其起搅拌作用的部分尺寸有所增加,使得焊缝背面出现焊透的现象(图1b);当搅拌头转速提高为1100r/min时,焊接区内摩擦产热量增加,在接近试样表面的搅拌焊针周围,首先形成热塑性流动层,但在焊缝的内部,由于热塑性层的温度相对较低,还无法完成流动、填充、挤压、扩散过程,焊缝表面的沟槽虽然消失,但如果沿焊缝的横截面将其切开,则焊缝内部可能有孔洞甚至出现隧道型缺陷,不能形成良好的固相连接;如果搅拌头旋转速度继续增加到1200r/min,由于热输入的增加,热塑性层逐渐扩大和流动,使得焊缝中的孔洞和隧道消失,形成致密的焊缝(图1)。当搅拌头转速超过1500r/min时,由于旋转速度过高造成热输入过大而导致焊缝金属过热,甚至局部产生熔化现象。
2.焊接速度 当搅拌头的旋转速度一定时,若焊接速度较慢, 焊缝表面平滑光亮,但在焊缝背面可见到由于局部母材熔化而出现的缩孔。随着焊接速度的增加,这种缩孔会消失,继续增加焊接速度,焊缝表面的光洁度变差,甚至会出现隧道型缺陷;若焊接速度过快,隧道型缺陷逐渐增大,甚至会在焊缝表面出现沟槽。
在搅拌头旋转速度为1300r/min、下压量定为0.17mm时,焊接速度若高于60mm/min,会看到焊缝的一侧产生未焊合或在搅拌头的后面出现长长的沟槽。图2是焊接速度为70mm/min的焊缝,由于热输入不够,在焊缝表面产生沟槽。当焊接速度低于30mm/min时,则焊缝表面发生凹陷或在焊缝某一侧产生切边现象,同时,在焊缝的背面会出现由于过热而形成的缩孔。当焊接速度为30~60mm/min,焊缝的外观成形较好。图3为焊速分别为30mm/min和50mm/min所形成的焊缝正反两面的宏观形貌,可以看出其成形良好。这是由于焊接速度影响单位长度焊缝上的热输入量,搅拌头旋转速度一定而焊接速度过慢时,单位长度焊缝上获得的热量过多,使焊接区温度接近母材的熔化温度而出现局部过热甚至熔化现象;反之,当焊接速度过快时,焊接区获得的热量较少,材料达不到塑性流变状态并且不能充分流动,以致形成隧道型缺陷或在表面出现沟槽。对于一个给定的旋转速度,总有一个适当的焊接速度范围与其相对应,降低旋转速度,焊接速度则相应降低。只有搅拌焊头的旋转速度与焊接速度合理匹配时,才能得到外观成形好、内部无缺陷的优质焊缝。 3.搅拌头轴肩下压量 搅拌头轴肩下压量其实是焊接过程中焊接压力的一种表示方法,搅拌摩擦焊接工艺过程中,只有通过施加足够的焊接压力才能在搅拌焊头和焊件之间获得摩擦力进而获得足够的摩擦热能。同时,焊接压力还起到限制塑性流体外溢保证焊缝成型的作用。因此,搅拌头轴肩下压量的大小对焊接质量有重要的影响。 图4搅拌头轴肩不同下压量时的焊缝宏观形貌 试验过程中,在保持旋转速度和焊接速度不变的情况下,通过改变搅拌头轴肩下压量,观察焊接压力对搅拌摩擦焊焊缝成型的影响,结果表明,对于一定结构尺寸的搅拌焊头,存在一个合适的焊接压力范围与其相对应。当转速为1200r/min,焊速为40mm/min时,轴肩下压量在015~0.2mm之间时,可获得表面成型良好的焊缝。当下压量低于0.15mm时,焊缝内部组织疏松或出现孔洞、隧道型缺陷,在焊缝表面出现沟槽,甚至肩部对焊接区起不到封闭作用而使焊缝.金属流外溢。如图4a所示,焊缝左边部分轴肩下压量为0.12mm,此时焊接压力不够,在焊缝表面出现沟槽;焊缝右边部分轴肩下压量为0.15mm,沟槽现象消失,焊缝成型良好。图4b是轴肩下压量为0.19mm时的焊缝,焊缝表面成形良好没有飞边产生。图4c、图4d是下压量分别为0.2mm和0.25mm时,焊缝表面产生飞边。下压量为0.2mm时,只在后退面上产生少量的飞边;当下压量继续增加到0.25mm时,在前进面和后退面上都有飞边产生,而且特别明显。 增加轴肩的下压量即增加了搅拌头对试样表面的压力,使搅拌头和焊件之间获得足够摩擦热,提高了焊缝组织的致密度,使焊缝成型得到改善。但压力过大,会造成摩擦力增大,搅拌头向前移动的阻力增大,且易造成焊缝凹陷,焊缝表面出现飞边、毛刺。 因此,下压量的选择对焊缝飞边的产生有着重要的影响,在搅拌头转速和焊速一定的情况下,选择合适的下压量是得到成形良好焊缝的关键因素。图4e、图4f是下压量为0.15mm时,成形良好的焊缝正面和反面图。 根据以上试验结果,当转速为1200~1500r/min、焊速为30~60mm/min,轴肩下压量为0.15~0.2mm时,可以得到表面成形良好、剖开后没有孔洞和隧道的焊缝。 结论： 1.镁合金搅拌摩擦焊焊接接头的成形质量影响最大的因素是搅拌头的旋转速度、焊接速度和轴肩的下压量。 2.搅拌头转速过快或者焊接速度过慢时,单位长度焊缝上的热输入量过多,会使焊接区温度接近母材的熔化温度而出现局部过热甚至熔化现象;反之,当搅拌头转速不够或者焊接速度过快时,焊接区获得的热量较少,材料达不到塑性流变状态并且不能充分流动,以致形成隧道型缺陷或在表面出现沟槽。 3.当轴肩下压量过低时,焊缝内部组织疏松或出现孔洞、隧道型缺陷,在焊缝表面出现沟槽,甚至肩部对焊接区起不到封闭作用而使焊缝金属流外溢;下压量过大,会造成摩擦力增大,搅拌焊头向前移动的阻力增大,易使焊缝凹陷,焊缝表面出现飞溅。 四．搅拌摩擦焊的特点
与传统摩擦焊及其他焊接方法相比，搅拌摩擦焊有以下优点： 1. 焊接接头质量高，不易产生缺陷。焊缝是在塑性状态下受挤压完成的，属于固相焊接，因而其接头不会产生与凝固冶金有关的一些如裂纹、气孔以及合金元素的烧损等焊接缺陷和脆化现象，适于焊接铝、铜、铅、钛、锌、镁等有色金属及其合金以及钢铁材料、复合材料等，也可用于异种材料的连接。 2．不受轴类零件的限制，可进行平板的对接和搭接，可焊接直焊缝、角焊缝及环焊缝，可进行大型框架结构及大型筒体制造、大型平板对接等，扩大了应用范围。 3．易于实现机械化、自动化，质量比较稳定，重复性高。搅拌摩擦焊工艺参数少，焊接设备简单，容易实现自动化，从而使焊接操作十分简便，焊机运行和焊接质量的可靠性大大
