激光辅助搅拌摩擦焊
搅拌摩擦焊工艺
搅拌摩擦焊工艺搅拌摩擦焊（Friction Stir Welding，简称FSW）是一种无焊接熔化的固态焊接技术，由英国剑桥大学的Thomas W. Thomas于1991年首次提出。
相比传统的熔化焊接方法，搅拌摩擦焊具有许多优点，如焊接强度高、焊缝外观美观等，因此在航空航天、汽车制造等领域得到了广泛应用。
搅拌摩擦焊的工艺流程相对简单，主要包括预装夹紧、搅拌摩擦焊接和冷却三个阶段。
首先，需要将两个待焊接的工件通过夹具夹紧，以确保焊接过程中的稳定性。
然后，通过高速旋转的搅拌钎具将焊接面加热至软化温度，同时施加一定的压力。
搅拌钎具的旋转和推进运动将焊接面上的金属材料搅拌在一起，从而实现焊接。
最后，待焊接的区域冷却后，焊缝形成，焊接过程完毕。
搅拌摩擦焊的工艺特点主要包括以下几个方面：1. 无熔化：搅拌摩擦焊是一种固态焊接方法，焊接过程中不产生熔化现象，避免了传统焊接方法中可能产生的气孔、夹杂物等缺陷，提高了焊缝的质量。
2. 焊接强度高：搅拌摩擦焊焊接产生的焊缝表面光滑，焊缝强度高，可以达到甚至超过基材的强度。
3. 焊接速度快：搅拌摩擦焊的焊接速度通常较快，可以在短时间内完成大面积焊接，提高了生产效率。
4. 适用性广：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、钛合金等，具有较好的通用性。
5. 环保节能：搅拌摩擦焊过程中不需要额外的填充材料和保护气体，无烟尘产生，减少了对环境的污染，同时节约了能源。
搅拌摩擦焊工艺在航空航天、汽车制造等领域得到了广泛应用。
例如，航空航天领域的发动机和机身结构常采用铝合金材料进行制造，而搅拌摩擦焊可以有效地实现铝合金的焊接，提高了零部件的性能和可靠性。
汽车制造领域中，搅拌摩擦焊可以用于车身结构、悬挂系统等部件的焊接，提高了汽车的安全性和耐久性。
尽管搅拌摩擦焊具有许多优点，但也存在一些挑战和局限性。
首先，搅拌摩擦焊的设备成本较高，需要专门的设备来实现焊接。
其次，对于某些材料，如高碳钢、不锈钢等，搅拌摩擦焊效果不理想，难以实现高质量的焊接。
焊工新技术,新标准
焊工新技术，新标准一、激光焊接技术激光焊接技术是一种利用高能激光束与材料表面相互作用，实现高效、高质量焊接的方法。
与传统的焊接技术相比，激光焊接具有能量密度高、焊接速度快、变形小、可焊接材料种类广泛等优点。
同时，激光焊接技术也存在着设备成本高、焊接工艺参数要求严格等缺点。
二、搅拌摩擦焊接技术搅拌摩擦焊接技术是一种新型的固相焊接技术，利用高速旋转的搅拌头与被焊材料表面相互作用，产生大量的摩擦热和塑性变形，从而实现材料的连接。
与传统的焊接技术相比，搅拌摩擦焊接技术具有焊接过程中不产生熔化、变形小、接头强度高等优点。
同时，搅拌摩擦焊接技术也存在着焊接速度较慢、搅拌头寿命较短等缺点。
三、电子束焊接技术电子束焊接技术是一种利用高能电子束轰击材料表面，使材料熔化并快速凝固实现焊接的方法。
与传统的焊接技术相比，电子束焊接具有能量密度高、焊接深度大、焊接质量高等优点。
同时，电子束焊接技术也存在着设备成本高、真空环境下操作等缺点。
四、高能束焊接技术高能束焊接技术是一种利用高能束流（如激光束、等离子束等）与材料表面相互作用，实现高效、高质量焊接的方法。
与传统的焊接技术相比，高能束焊接具有能量密度高、焊接速度快、变形小等优点。
同时，高能束焊接技术也存在着设备成本高、工艺参数要求严格等缺点。
五、复合焊接技术复合焊接技术是一种结合两种或多种焊接技术的优点，实现高效、高质量焊接的方法。
常见的复合焊接技术包括激光-电弧复合焊接、激光-MIG复合焊接等。
复合焊接技术可以充分发挥各种焊接技术的优势，提高焊接效率和质量。
同时，复合焊接技术也存在着设备成本高、工艺参数匹配难度大等缺点。
六、焊接自动化与智能化随着工业自动化和智能化的快速发展，焊工新技术在自动化与智能化方面也有着明显的进展。
现代焊接技术可以运用自动化控制、机器视觉和人工智能等技术进行精准控制和自动化操作，从而提高生产效率、稳定产品质量，同时也能减轻工人的劳动强度。
在智能装备领域，焊工机器人已广泛应用在汽车制造、航空航天和造船等行业，提高了生产效率和产品质量。
几种新型搅拌摩擦焊技术
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。
摩擦焊的类型
摩擦焊的类型
摩擦焊是一种固态焊接方法，常见的摩擦焊类型包括：
1. 摩擦搅拌焊（Friction Stir Welding，FSW）：通过一个旋转的焊接工具，将塑性变形施加在工件接触区域，使两个工件材料发生塑性流动并连接在一起。
2. 摩擦搅拌摩擦焊（Friction Stir Friction Welding，FSFW）：类似于摩擦搅拌焊，但在焊接过程中，施加一个额外的力，以增加摩擦热。
3. 摩擦摩擦焊（Friction Friction Welding，FFW）：摩擦热产生于两个固体材料之间的直接接触，并通过柔软的套筒施加焊接压力，将两个工件连接在一起。
4. 线性摩擦焊（Linear Friction Welding，LFW）：通过线性往复运动的摩擦焊接工具，将工件的材料加热并施加挤压力，实现焊接。
5. 摩擦摩擦搅拌焊（Friction Stir Friction Stir Welding，FSFSW）：结合了摩擦搅拌焊和摩擦摩擦焊的特点，通过旋转和线性运动的复合工具，实现焊接。
这些摩擦焊的类型形式不同，但本质上都是利用摩擦热和机械力来实现材料的固态连接。
这些焊接方法在汽车、航空航天、船舶等行业中得到广泛应用。
一文读懂搅拌摩擦焊
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。
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。
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激光辅助搅拌摩擦焊
搅拌摩擦焊是近十年发展起来的最有前途的焊接工艺。
激光辅助搅拌摩擦焊（LAFSW）则是最新提出的搅拌摩擦焊技术，在搅拌摩擦焊中，焊接所需的热量来自搅拌头和工件之间摩擦。
所以这种工艺需要很大的力，这就导致了搅拌摩擦焊使用的设备多半笨重、昂贵。
激光辅助搅拌摩擦焊使用激光作为辅助能源加热工件，可以降低搅拌摩擦焊的焊接成本、同时简化焊接设备。
这篇文章论述了使用LAFSW焊接AZ91DMg合金时的情况和使用该中工艺存在的优缺点。
为了克服搅拌摩擦焊中存在的不足，如（1）装夹焊接工件的夹具较大，需要很大的力向前移动焊接工具，焊接工具磨损率相对高；（2）使用感应线圈方法辅助加热的缺点是不能保证加热正确的位置，同时焊接搅拌头和夹具装置都受到加热感应线圈的影响，而且感应线圈只能加热导电材料，不能用于非金属和不导电的材料。
激光辅助搅拌摩擦焊是由通用铣床和YAG激光器改造而成的。
激光能源在旋转搅拌头前面预热工件。
这样，搅拌头前面的工件待焊部位的温度上升、塑性增加（插图1）。
然后，采用与普通FSW工艺一样的方法连接工件。
这时不用较大的夹具装夹就能够保证连接。
向前移动搅拌头所需的力也很小，降低了搅拌头的磨损。
激光能源具有很精确地控制装置，因此，工件的受热部位很较容易得到控制。
2试验的建立
在焊接试验中用700-W，具有1064 nm波长，多模式Nd：YAG激光系统和通用3-hp转动架立铣床。
试件装夹在立铣床平台上，4个Ф23 mm销钉，一个材料为高速钢Ф20 mm直柄的圆柱形工具嵌入长4 mm，Ф9 mm搅拌头。
通过800 μm芯5m长的光导纤维把激光束直接传递到
焊接工作台。
在搅拌头前面光束散焦形成Ф1 cm光点（见图片）。
用热电偶测量焊接试件的表面温度，激光器的功率为200W时，可以在与焊接速度同步的时间内把试件从室温加热到320度左右，搅拌头的旋转速度为1700rpm。
3 结论与讨论
我们用两个4 mm厚的MgAZ91合金试板，按前面描述的参数进行了激光辅助搅拌摩擦焊接，并取得了令人满意的结果（见图2）。
因为这项研究仅仅是初级阶段的工作，还需要在工件机械性能和组合工艺的生产能力中发现最佳组合的激光和FSW参数。
激光可以用于加热非马氏体材料，像塑性材料和陶瓷。
L AFSW焊接这些材料还需要做进一步的研究工作。
4 结论
激光辅助搅拌摩擦焊的已经被证明是一种很有前途的焊接工艺。
通过激光预热工件，可以降低搅拌摩擦焊焊接过程中所需的外力，这种改进方法可以简化设备，从而使得降低焊接成本成为可能。
另外，还可以提高的焊接速度。
根据WELDING JOURNAL中的《Laser-Assiste Friction Stri Welding》编译，原作者G.K OHN，Y.GREENBERG,I.MAKOVER,ANDA.MUNITZ。