第三章 搅拌摩擦焊
搅拌摩擦焊工艺研究
搅拌摩擦焊定义
搅拌摩擦焊原理
搅拌摩擦焊特点
搅拌摩擦焊应用
搅拌摩擦焊的特点
焊接过程稳定
焊接接头强度高
焊接变形小
焊接接头质量好
Part Three
搅拌摩擦焊的设备 与工具
搅拌摩擦焊的设备
搅拌摩擦焊机：用于实现搅拌摩擦焊工艺的主要设备，包括主机、控制系统、搅拌头等部分。 搅拌头：用于产生摩擦热和压力的部件，通常由轴肩、搅拌针和针尖组成。 控制系统：用于控制搅拌摩擦焊机的运行，包括电源、电机、传动系统等。 辅助工具：包括夹具、支撑架等，用于固定和支撑工件，确保焊接过程的稳定性和精度。
润滑设备：定期对设备进行润 滑，减少磨损和摩擦
更换易损件：及时更换易损件， 保证设备正常运行
Part Four
搅拌摩擦焊的操作 流程
焊接前的准备
确定焊接材料：根据材料类型和厚度选择合适的搅拌摩擦焊工艺参数 清理表面：去除材料表面的油污、氧化物等杂质，保证焊接质量 装配定位：将待焊材料精确装配，确保焊接过程中的稳定性和精度 检查设备：确保搅拌摩擦焊设备处于良好状态，具备焊接条件
搅拌摩擦焊与其他焊接方法的结合
搅拌摩擦焊与激光焊接的结合 搅拌摩擦焊与电子束焊接的结合 搅拌摩擦焊与激光-MIG焊接的结合 搅拌摩擦焊与激光-TIG焊接的结合
搅拌摩擦焊在绿色制造领域的应用前景
搅拌摩擦焊在新能源汽车领 域的应用：电池托盘、电机 壳等部件的焊接
搅拌摩擦焊在航空航天领域 的应用：飞机机身、发动机
海洋工程领域：搅拌 摩擦焊可用于制造海 洋平台、船舶和潜艇 等结构件，提高结构 强度和耐腐蚀性
医疗器械领域：搅拌 摩擦焊可用于制造医 疗器械中的高精度零 部件，如手术器械、 植入物等
Part Seven
搅拌摩擦焊
英国TWI的Nicholas认为，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。
搅拌摩擦焊应用领域 船舶制造 海洋工业 宇航工业 铁路运输 公路运输 建筑工业 电器行业
定义：它是利用一种
搅拌摩擦焊的原理
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。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。
搅拌摩擦焊工艺简介
搅拌摩擦焊(Friction Stir Welding简称FSW)是英国焊接研究所90年代初发明的一种用 于低熔点合金板材焊接的固态连接方法。用该方法可以焊接通常熔焊方法难于焊接的铝合 金、钛合金等材料，不会在接头内形成气孔、裂纹、变形等缺陷。 无飞溅，烟尘
与普通摩擦 焊相比
搅拌摩擦焊工艺
与熔焊相比
无需添加剂和保护气
接头无裂纹和气孔
不 受 轴 类 零 件 限 制
可 焊 接 直 焊 缝
搅拌摩擦焊的红外温度及焊缝
搅拌摩擦焊的红 外扫描温度，红 色部分温度最高
搅拌摩擦焊相关产品
搅拌摩擦焊相关产品
搅拌摩擦焊相关产品
搅拌摩擦焊的特点
搅拌摩擦焊接过程中接头部位不存在金属的熔化，是一种固态焊接过程， 故焊接时不存在熔焊时的各种缺陷，可以焊接用熔焊方法难于焊接的材料，如LY、 LC系列的硬铝及超硬铝，并且可以在任意位置进行焊接。 由于不存在熔焊过程中接头部位大范围的热塑性变形过程，焊后接头的内 应力小、变形小，基本可实现板件的低应力无变形焊接。
搅拌摩擦焊原理
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。
搅拌摩擦焊接质量控制
搅拌摩擦焊焊接质量控制摘要：搅拌摩擦焊接技术是针对焊接性差的铝、镁合金而开发出的一种新型固相连接技术，由英国焊接研究所于1991年开发的专利技术。
可以有效地避免氧化和蒸发，焊后冷却过程中不出现热裂纹，焊缝区晶粒得到细化，优化了接头各项性能，同时焊接过程不需要填充金属，不产生火花、飞溅、烟雾、弧光等，是一种高效、优质、简单、无污染的焊接工艺。
介绍了搅拌摩擦焊接的原理、焊接工艺特点、搅拌摩擦焊的最新发展情况及其应用。
利用搅拌摩擦焊焊接方法对7075铝合金进行焊接实验，在焊接参数为：转速——800r/min、焊接速度75mm/min的情况下得到了良好的组织结构，显微硬度的实验表明焊后其维氏硬度值的分布趋势沿焊缝中心基本对称。
关键词：搅拌摩擦焊接；7075铝合金；焊接参数；焊接质量控制Research on friction stir weldingA bstract: Friction stir welding (FSW) is a new solid welding technique for aluminum and magnesium alloys invented and patented by The Welding Institute, UK in 1991, which can avoid the problems existing in the other welding methods. It is an efficient, energy saving, simple and environmental-friendly technique, which can efficiently avoid oxidation and evaporation without heat flaw in the cooling process after welding. FSW can get optimized various performance of joint without any sparkle, plash, smog or arc. No filling metal is needed in the welding process. This paper simply introduce the principles, the process, emphasize introduces recent development an application of the friction stir welding. Using friction stir welding method of 7075 aluminum alloy welding experiment, the welding parameters for welding speed: speed -- 800r/min, 75mm/min cases got good organization structure, microhardness tests indicate that after welding the Vivtorinox hardness distribution trend along the seam center symmetry.Keywords: FSW; 7075 Al alloy; Welding parameters; Welding quality control目录第一章文献综述 (1)1.1 铝合金焊接的特点 (1)1.2 搅拌摩擦焊接 (1)1.2.1搅拌摩擦焊接机理 (1)1.2.2 搅拌摩擦焊接的特点 (2)1.3铝合金的搅拌摩擦焊接现状及发展 (2)第二章实验方法 (3)2.1 实验材料及设备 (3)2.1.1实验设备 (3)2.1.2实验材料 (3)2.2 实验方案 (3)2.2.1焊接参数 (3)2.2.2实验方法 (3)2.3金相实验 (4)2.3.1金相试样的制备 (4)2.3.2金相组织显微摄影 (4)第三章实验结果分析 (5)3.1 搅拌摩擦焊焊缝截面宏观分析 (5)3.2焊缝组织微观分析 (5)3.3搅拌摩擦焊焊接接头的缺陷分析 (6)3.4焊后材料显微硬度的变化 (9)第四章实验结论 (10)参考文献 (11)第一章文献综述1.1铝合金焊接的特点铝合金由于质量轻、比强度高、耐蚀性能好、无磁性、成形性好及低温性能好等特点而被广泛地应用于各种焊接结构产品中，铝合金焊接有以下难点：（1）铝合金焊接接头软化严重，强度系数低，这也是阻碍铝合金应用的最大障碍；（2）合金表面易产生难熔的氧化膜（Al2O3其熔点为2060℃），这就需要采用大功率密度的焊接工艺；（3）铝合金焊接容易产生气孔；（4）铝合金焊接易产生热裂纹；（5）线膨胀系数大，易产生焊接变形；（6）铝合金热导率大（约为钢的4倍），相同焊接速度下，热输入要比焊接钢材大2倍-4倍。
搅拌摩擦焊
搅拌摩擦焊搅拌摩擦焊，是一种新型的焊接技术，也被称为搅拌摩擦联接。
它是通过在焊接区域旋转和挤压两个金属工件来产生热量和塑性变形，从而使两个工件达到联接的目的。
与传统的焊接技术相比，搅拌摩擦焊具有许多优点，如焊接速度快、焊缝质量高、金属变形小等。
本文将详细介绍搅拌摩擦焊的原理、应用和发展趋势。
一、搅拌摩擦焊的原理搅拌摩擦焊的原理是在两个金属工件之间施加旋转和挤压力，产生热量和塑性变形，从而使两个工件达到联接的目的。
搅拌摩擦焊的焊接区域主要由以下几个部分组成：1. 摩擦区：是指两个金属工件之间产生的热量和塑性变形的区域，也是焊接区域的主要部分。
在摩擦区，由于热量和挤压力的作用，金属工件的表面会产生摩擦热，从而使金属表面熔化和塑性变形。
在摩擦区，金属工件的晶粒也会受到影响，产生细化和变形，从而提高焊缝的质量。
2. 搅拌区：是指焊接区域中金属工件被挤压和旋转产生的区域。
在搅拌区，金属工件的晶粒也会受到影响，产生细化和变形，从而提高焊缝的质量。
3. 热影响区：是指焊接区域中受到热影响但未受到塑性变形的金属区域。
在热影响区，金属工件的晶粒也会受到影响，但不会产生细化和变形。
二、搅拌摩擦焊的应用搅拌摩擦焊的应用非常广泛，可以用于焊接各种金属材料，如铝合金、镁合金、钛合金、铜、钢等。
它在航空、汽车、船舶、铁路、电子、建筑等领域都有着广泛的应用。
1. 航空领域：搅拌摩擦焊可以用于制造航空器的结构件，如机翼、尾翼、机身等。
它可以提高焊缝质量，减少金属变形，从而提高航空器的性能和安全性。
2. 汽车领域：搅拌摩擦焊可以用于制造汽车的车身、底盘、发动机等部件。
它可以提高焊缝质量，减少金属变形，从而提高汽车的性能和安全性。
3. 船舶领域：搅拌摩擦焊可以用于制造船舶的船体、船舶设备等部件。
它可以提高焊缝质量，减少金属变形，从而提高船舶的性能和安全性。
4. 铁路领域：搅拌摩擦焊可以用于制造铁路车辆的车体、车轮等部件。
它可以提高焊缝质量，减少金属变形，从而提高铁路车辆的性能和安全性。
一文了解先进焊接技术之搅拌摩擦焊
一文了解先进焊接技术之搅拌摩擦焊01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与塑性变形热作为焊接热源。
不同之处在于搅拌摩擦焊焊接过程是由一个圆柱体或其他形状（如带螺纹圆柱体）的搅拌针(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。
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。
FSW工作原理示意图搅拌摩擦焊的常用术语及定义旋转。
搅拌头旋转启动后，以一定速度插入待焊零件；插入。
停留一段时间，搅拌头附近区域的接头材料得到足够的摩擦热输入，从而出现软化变形，并有部分材料被挤到接头外部；焊接。
此时可以进行焊接，焊接时热塑化的接头材料不断被搅拌头向后转移，这部分材料在一定锻压力的作用下可以与周围材料形成牢固的扩散连接；离开。
焊接完成后，搅拌头以一定速度离开零件表面，焊接过程结束。
在焊接过程中，搅拌针在旋转的同时伸入工件的接缝中，旋转搅拌头（主要是轴肩）与工件之间的摩擦热，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逐渐沉积在搅拌头的背后，从而形成搅拌摩擦焊焊缝。
搅拌摩擦焊的工艺过程示意图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。
搅拌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。
针对匙孔问题，已有伸缩式搅拌头研发成功，焊后不会留下焊接匙孔。
02工艺因素影响FSW焊接过程稳定性和焊接质量的因素，主要有搅拌头的形状、搅拌头的位置、搅拌头的转速、焊接速度、接头精度以及材料拘束等。
搅拌摩擦焊工艺及其应用
搅拌摩擦焊工艺及其应用1 搅拌摩擦焊的定义与原理搅拌摩擦焊是一种非常新颖的金属连接技术，其原理是将金属材料在高速旋转的条件下不断挤压与摩擦热而使金属材料发生塑性变形进而在次冷却时形成均匀的焊缝。
搅拌摩擦焊是一种采用振荡摩擦进行的钎焊技术。
摩擦过程中，金属材料被强制变形，形成皱纹和复杂的微细组织结构，这就是焊接区域。
这一过程不需要额外的附加材料，因此也被称为固态钎焊。
搅拌摩擦焊的原理是通过搅拌和摩擦的相互作用，为金属轴套表面提供局部加热来处理金属本身。
在摩擦过程中，摩擦产生的热量会使金属材料温度升高，而旋转工具逐渐伸进焊缝，在相对运动的作用下，产生了强烈的塑性变形以及显著的变形应变。
在形成初期焊缝时，相对运动引起的压力会把材料从环形清隙中抽出，形成时生成混味均匀的焊接界面。
这些过程中摩擦加热导致局部熔化，接长和冷却会使金属变形，并形成一个均匀的、与母材相似的焊缝。
2 搅拌摩擦焊的工艺流程及其特点2.1 搅拌摩擦焊的工艺流程（1）工件准备：首先需要准备待焊接的工件。
工件通常是板材、管材、棒材等形状，可以是相同材质，也可以是不同材质。
（2）夹紧工件：将工件夹紧在专用的工件夹具中，以保证工件在搅拌摩擦焊过程中不会移动或震动。
（3）起始摩擦：在工件接头处的摩擦面上施加旋转摩擦力，使工件表面熔融并形成可焊接的状态。
（4）搅拌摩擦：在不断施加旋转摩擦力的情况下，摩擦头沿着工件的接合面移动，搅拌工件的金属组织，从而形成焊接。
（5）升温保压：在搅拌摩擦焊完成后，保持摩擦头的位置不动，使焊缝部位升温到一定程度，再施加一定的保压力，使焊缝固化。
（6）退火处理：对焊接完成后的工件进行退火处理，可以进一步提高焊接质量和性能。
2.2 搅拌摩擦焊的特点（1）搅拌摩擦焊是一种无焊接接头凸出、无端部凸出的焊接方法，焊缝起伏很小，对焊接部件外观和尺寸精度要求较高的场合比较适用。
（2）搅拌摩擦焊过程中没有明显的电弧和喷溅现象，不需要额外的保护气体，易于操作。
搅拌摩擦焊接技术
搅拌摩擦焊接技术
《搅拌摩擦焊接技术》
嘿，今天我来给你讲讲搅拌摩擦焊接技术！你知道吗，我之前可是亲眼见过这神奇技术的操作呢。
那回呀，我去一个工厂参观，就看到了工人师傅在那摆弄这个搅拌摩擦焊接。
当时我就特别好奇，凑过去看个究竟。
只见那师傅拿着一个特殊的工具，就像个大钻头似的，在两块金属板上操作。
那金属板呀，本来是分开的，可随着师傅启动机器，那个大钻头一样的东西就开始嗡嗡地转起来，然后在金属板上慢慢地移动。
我就眼睁睁地看着那两块金属板在这个搅拌摩擦焊接的作用下，一点点地被连接在了一起，就好像它们本来就是一体的似的。
师傅跟我说，这搅拌摩擦焊接可厉害了，能把各种金属都牢牢地焊接在一起，而且焊接的质量特别高，又牢固又结实。
我当时就在想啊，这技术可真是牛掰，以后好多东西的制造都离不开它呀！
看着看着，我都入迷了，感觉这就像是一场金属的魔术表演。
从那以后，我每次想到搅拌摩擦焊接，就会想起那个师傅认真操作的样子，还有那神奇的金属板慢慢连接在一起的过程。
哎呀呀，这搅拌摩擦焊接技术可真是太有意思啦！
这就是我对搅拌摩擦焊接技术的印象和体验，是不是很特别呀！哈哈！。
搅拌摩擦焊资料
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。
搅拌摩擦焊原理及其产热特点
搅拌摩擦焊原理及其产热特点搅拌摩擦焊，这可是个挺有趣的焊接技术呢。
咱们先得知道它是怎么一回事儿。
这就好比是在做面条的时候，有一根特制的擀面杖，在面团里不停地搅和。
搅拌摩擦焊呢，就是有个特殊的搅拌头，在两块要焊接的材料之间转动、摩擦。
这个搅拌头啊，就像是一个勤劳的小蜜蜂，在材料之间钻来钻去。
它一边旋转，一边沿着焊接的缝儿往前走。
这两块材料呢，就像两个小伙伴，本来是分开的，现在被这个小蜜蜂一样的搅拌头给弄在一起啦。
那搅拌摩擦焊的产热特点可就更有意思了。
你想啊，当这个搅拌头在材料里面转的时候，就像咱们冬天搓手取暖一样。
咱们的手相互摩擦就会发热，搅拌头和材料之间的摩擦也是这个道理。
只不过，这个热可不像咱们搓手那么简单。
它产生的热量是很集中的，就像聚光灯打在舞台上的一个小角落一样。
这种产热方式啊，和传统的焊接可不一样。
传统焊接有时候就像在野外生火，火到处乱窜，热量也散得到处都是。
搅拌摩擦焊的热就规规矩矩地在搅拌头和材料接触的地方产生。
这就好比是在一个小房间里开了个小暖炉，暖炉的热就集中在这个小房间里，不会到处乱跑。
再说说这个热量的大小吧。
它就像是厨师做菜的时候掌握火候一样。
搅拌摩擦焊产生的热量是刚刚好能让材料软下来，能够融合在一起。
不会像有些焊接方法，热太多了，把材料都烧坏了，就像烤焦的面包，黑乎乎的，没法吃了。
也不会像热不够的时候，材料就像两个不熟的朋友，只是表面碰了碰，里面还是各干各的，根本没融合好。
从这个产热的速度来看呢，搅拌摩擦焊就像是短跑运动员起跑一样，很快就能达到需要的热量。
这就保证了焊接的效率。
而且啊，这个热量在整个焊接过程中是比较稳定的。
不像有些焊接，一会儿热一会儿冷，就像那调皮的小孩，一会儿安静一会儿吵闹，这样焊接出来的东西质量肯定不好。
搅拌摩擦焊的这种产热特点，在实际应用中可太有用了。
比如说在汽车制造上，汽车的很多部件都需要焊接。
如果用传统焊接，可能就会有很多问题，像是焊接处不牢固啦，外观不好看啦。
搅拌摩擦焊原理
搅拌摩擦焊原理：搅拌摩擦焊是一种先进的固态连接技术，主要利用搅拌摩擦过程的热量和机械力来实现材料的连接。
该技术在铝、铜、钢等各类金属材料的连接中均有广泛应用。
以下是对搅拌摩擦焊原理的详细介绍。
一、搅拌摩擦焊的基本原理搅拌摩擦焊的核心原理在于利用一个特殊形状的搅拌头来刮擦待连接的材料表面。
搅拌头的形状通常为圆锥形或圆柱形，材料一般选用具有高强度和耐磨性的硬质合金。
在焊接过程中，搅拌头插入待连接的两块材料之间，通过旋转和向前推移的方式对材料表面进行刮擦。
搅拌摩擦焊过程中的热量主要来源于搅拌头的摩擦和塑性变形产生的热量。
当搅拌头向前推移时，刮擦产生的塑性变形会引发材料内部的热量。
这些热量不仅使材料表面软化，还产生大量的热塑性流体，这些流体在搅拌头的压力下填充了材料表面的微小缝隙，从而实现了材料的连接。
二、搅拌摩擦焊的工艺特点1.固态连接：搅拌摩擦焊是一种固态连接技术，焊接过程中没有熔融态材料的参与，因此具有无液相、无污染的优点。
2.温度适中：相较于传统的熔焊方法，搅拌摩擦焊的温度较低，可以有效降低材料的热损伤，适用于对温度敏感的材料。
3.适用范围广：搅拌摩擦焊可以适用于不同种类的金属材料，包括铝、铜、钢等，具有广泛的应用前景。
4.高效节能：由于搅拌摩擦焊没有熔融态材料的消耗，因此其能源消耗远低于传统熔焊方法。
5.操作简单：搅拌摩擦焊的焊接过程相对简单，操作方便，对操作人员的技术要求较低。
三、搅拌摩擦焊的应用由于其独特的优点，搅拌摩擦焊在许多领域都得到了广泛应用。
1.航空航天：在航空航天领域，许多结构组件需要高强度、高可靠性的连接。
搅拌摩擦焊能够满足这些严苛的要求，因此在飞机和火箭等结构中得到了广泛应用。
2.轨道交通：在轨道交通领域，为了保证车辆和轨道的安全性，需要对各种金属材料进行高质量的连接。
搅拌摩擦焊以其固态连接、高效节能等优点，在该领域得到了广泛应用。
3.电子封装：在电子封装领域，由于电子元件需要微型化和高度集成化，因此需要精确控制连接的质量和可靠性。
搅拌摩擦焊工作原理
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。
搅拌摩擦焊的原理及其特点
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。
搅拌摩擦焊资料
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。
搅拌摩擦焊介绍
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喷气客机的搅拌摩擦焊
LEE MAN (SCETC)
镁合金的搅拌摩擦焊
搅拌摩擦焊 （三）搅拌摩擦焊的特点
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优点：
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 不会产生与冶金凝固有关的一些如裂纹、夹杂、气孔以及合金元 素的烧损等熔焊缺陷和脆化现象，焊缝性能接近母材，力学性能 优异。适于焊接铝、铜、铅、钛、锌、镁等非铁金属及其合金以 及钢铁材料、复合材料等，也可用于异种材料的连接。 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。 搅拌摩擦焊利用自动化的机械设备进行焊接，避免了对 操作工人技术熟练程度的依赖，质量稳定，重复性高。 焊接时无需填充材料、保护气体，焊前无需对焊件表面预处 理，焊接过程中无需施加保护措施，厚大焊件边缘不用加工 坡口，简化了焊接工序。· 焊接铝合金材料不用去氧化膜，只 需去除油污即可。
LEE MAN (SCETC)
搅拌摩擦焊 2.接头力学性能
焊态下，FSW焊缝焊核的强度要大于热影响区的强度。
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对于退火状态的铝合金，拉伸实验时首先发生破坏的部位通常在远离 焊缝和热影响区的母材上。对于形变强化和热处理强化的铝合金，FSW 接头的不同区域发生了软化，但可以通过控制热循环，尤其是通过降低 焊缝热机影响区的退火效应和过时效的影响来改善接头的性能，也可以 通过焊后热处理的方式提高热处理强化铝合金FSW接头的性能。
• 它可以焊接所有牌号的铝合金以及用熔焊方法难以焊接的材料，并 突破了普通摩擦焊对轴类零件的限制，可进行板材的对接、搭接、角 接及全位置焊接。由于搅拌摩擦焊是固态焊接，所以没有熔化焊时的 气孔、裂纹及合金元素烧损等缺陷。搅拌摩擦焊的接头性能普遍
搅拌摩擦焊接资料
R/V /(r/mm)
R/V与接头抗拉强度之间的关系
搅拌摩擦焊接工艺
Micro-hardness/HV
1.0 1.0
4
1
retreating side
advancing side
top
A
2
B
3
C
4
-12
-8
-4
0
4
center bottom
8
12
65
B 60
55CBiblioteka A50 45A: top B: center C: bottom
AA2219铝合金与AZ91镁合金的搅拌摩擦焊接
北京赛福斯特技术有限公司（中国搅拌摩擦焊中心）
成功实现了3mm的紫铜板搅拌摩擦焊对接（如图1所 示）。
搅拌摩擦焊接设备
采用3轴数控的搅拌摩擦焊接设备
搅拌摩擦焊接设备
可以焊接大型工件的FSW 设备
搅拌摩擦焊接设备
国内搅拌摩擦焊接设备
母材微观组织
-
-
10
5
0
dis tance f rom w eld center /
1 top 2 bottom 3 center 4 center line
5 × 0.5mm
10
显微硬度曲线
搅拌摩擦焊接工艺
搅拌摩擦焊接接头
焊缝横截面材料流动情况 ×37.5
搅拌摩擦焊接工艺
TMAZ HAZ
R d TMAZ a
• 由于最高温度不会超过母材熔点的80％，故搅
拌摩擦焊接不存在熔焊的焊接缺陷。焊后接头 的厚度一般比母材薄3～6％。
搅拌摩擦焊接工艺特点：
• 搅拌摩擦焊接的温度相对较低，可以得到高质
搅拌摩擦焊接
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PPT课件
三、搅拌摩擦焊设备
摩擦焊
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搅拌摩擦焊接工具 搅拌焊头
按设备功能结构不同 搅拌摩擦焊机
机械转动部分 行走部分 控制部分 工件夹紧机构 刚性机架
LEE MAN (SCETC)
摩擦焊
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（一）搅拌摩擦焊接工具
搅拌焊头是搅拌摩擦焊的关键和核心部件，其主要 由轴肩和搅拌针两部分构成。
搅拌焊头一般需要具有如下特性： 热强性、耐磨性、抗蠕变性、耐冲 击性、材料惰性、易加工性、良好 的摩擦效果和合理的热传导性能。
n/v降低
当转速过低或焊速过高，导致n／v降低，即焊接热输入较小，热量不足 以使焊接区金属达到热塑性状态，因而焊缝中会出现孔洞、未焊透等缺 陷，焊缝成形不良。
n/v过大
随着转速的提高或焊速的降低，n/v逐渐增加，焊接热输入趋于合理，焊 缝成形较好。当转速过高或焊速过小时，n/v则过大，单位长度焊缝上的 热输入量过高，焊接区金属过热而导致焊缝表面下凹、焊穿等缺陷，
在迚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幵将搅拌焊针插入焊件的接缝处直至搅拌焊头的肩部不焊件表面紧密接触搅拌焊针高速旋转不其周围母材摩擦产生的热量和搅拌焊头的肩部不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且软化同时搅拌焊头边旋转边沿着接缝不焊件作相对运动搅拌焊头前面的材料収生强烈的塑性发形
热机影响区
b区该区域是一个过渡区域，材料已产生了一定程度的塑性变形，同 时又受到了焊接温度场的影响。
焊核区
a区为“焊核区”（WNZ），该区域位于焊缝中心靠近搅拌针插入的位置，经历了高温、 应变后，焊核的中心发生了强烈的变形。应变导致焊核区在焊接过程中发生了动态再 结晶，并导致该区出现高密度的沉淀相，从而有利于抑制焊接过程中晶粒的长大。焊 核区一般由细小的等轴再结晶组织构成。在焊接过程中，材料与搅拌针之间的相互作 用导致焊核区出现同心环（洋葱环组织）。
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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。