搅拌摩擦焊--铸铝的高效连接技术
搅拌摩擦点焊技术简介
1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Introduction of Friction Stir Spot Welding TechnologyZhao Yanhua Zhang Lina Liu Jingduo Du Yanfeng Wang Guoqing（Capital Aerospace Machinery Corporation, Beijing 100076）Abstract Friction stir spot welding （FSSW ）is a new solid state joining method, which is a variant of friction stir welding. The quality of the FSSW welding joints is perfect, due to its high mechanical property, a little defects and small distortion. The principle and technical characteristics of FSSW are particularly introduced. The investigation status and application of FSSW around the world have been introduced too. FSSW is a promising technology for aluminium alloy connection, and studying the new welding method will be beneficent to manufacturing of delivery technology.Key words friction stir spot welding principle aluminium alloy connection 1 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。
搅拌摩擦焊技术
搅拌摩擦焊技术。
搅拌摩擦焊技术是一种热焊接技术，它主要是通过搅拌、摩擦和挤压来达到焊接的目的。
它具有热焊接技术的优点，如高焊接速度、高焊接品质、低焊接温度等，还可以用于接合非金属材料，因此被广泛应用于航空、航天、军事、汽车、机械制造和其它行业。
搅拌摩擦焊技术的原理是将两块金属材料用搅拌器旋转，形成一定的摩擦力和温度，使材料表面上的金属熔池中形成汇聚成一体，从而达到焊接的目的。
该技术的优点是焊接温度较低，可以避免温度过高时对金属材料造成的损伤，焊接速度也很快，可以省去许多焊接时间。
搅拌摩擦焊技术的应用非常广泛，可以用于各种金属材料的焊接，如钢材、铝材、铜材、锡材、镍材、钛材等，也可用于接合非金属材料，如塑料、橡胶等。
此外，搅拌摩擦焊技术还可以用于制作各种尺寸和形状复杂的零件，例如汽车、航空、航天、军事和机械等行业的零件。
搅拌摩擦焊技术具有高焊接速度、高焊接品质、低焊接温度、可用于接合非金属材料等优点，可以应用于各种金属材料和非金属材料的焊接，因此，在航空、航天、军事、汽车、机械等行业中应用十分广泛。
铝合金搅拌摩擦焊
铝合金搅拌摩擦焊铝合金搅拌摩擦焊是一种新型的焊接技术，采用搅拌摩擦和热成型技术连接铝合金件，具有高强度、高密度、高质量等优点。
它是一种非常适用于铝合金焊接的技术，逐渐在航空、船舶、汽车、工程机械等领域中得到广泛的应用。
一、搅拌摩擦焊的基本原理：搅拌摩擦焊采用的是搅拌摩擦原理，利用搅拌工具在铝合金工件之间产生高温和高压，使铝粉末软化后再强制挤压，形成均匀的金属晶粒和致密的焊缝。
在搅拌摩擦焊的过程中，由于摩擦热和加压的作用，使铝合金接头处的温度升高，铝合金达到了塑化状态，再通过搅拌工具的旋转，将金属元素混合形成熔体，然后通过挤压形成均匀的焊缝。
二、铝合金搅拌摩擦焊的优点：1.高强度：搅拌摩擦焊焊接的铝合金接头具有非常高的强度，其强度甚至可以超过基材强度。
2.高质量：搅拌摩擦焊焊接的铝合金接头中没有焊缝氧化皮，且焊接过程中产生的铈等杂质较少，焊缝的质量比较高。
3.无损：搅拌摩擦焊和传统的焊接不同，它不需要加入任何的填充材料，也不会产生任何的变形和裂纹，无需进行后续的处理和检验。
4.成本低：由于不需要使用任何填充材料和后续处理工艺，因此搅拌摩擦焊的成本较低，操作简单，效果稳定可靠。
三、铝合金搅拌摩擦焊的应用：搅拌摩擦焊技术可以应用于多种铝合金材料的连接，如6XXX系列的铝合金、7XXX系列的铝合金等，其应用范围可以覆盖到航空、船舶、汽车、电力、机械制造等多个行业。
尤其是在空间航空领域中，铝合金搅拌摩擦焊被广泛应用，因为它可以解决传统焊接工艺在航空器外皮焊接中存在的一系列问题。
四、铝合金搅拌摩擦焊的发展趋势：在金属焊接行业，铝合金搅拌摩擦焊越来越得到重视，被认为是一种高新技术，与传统的焊接技术相比较，具备多种优点。
相信未来，随着更多的应用场景开发出来，这种焊接技术将得到更加广泛的应用。
总结：铝合金搅拌摩擦焊是一种新型的焊接技术，它具有高强度、高密度、高质量等优点，能够解决传统焊接技术存在的一系列问题，被广泛应用于航空、船舶、汽车、电力、机械制造等领域。
铝合金搅拌摩擦焊工艺
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。
铝合金搅拌摩擦焊技术研究及应用
铝合金搅拌摩擦焊技术研究及应用铝合金搅拌摩擦焊技术是一种高效、环保的焊接方法，在航空航天、交通运输、轻工制造等领域具有广泛应用前景。
本文将从工艺原理、研究进展、优势与挑战等方面进行分析，全面介绍铝合金搅拌摩擦焊技术的研究及应用。
搅拌摩擦焊是一种非传统焊接方法，它将工件接头通过旋转和外力压合的方式进行连接，并在摩擦热量和塑性变形的作用下实现焊接。
铝合金在搅拌摩擦焊过程中，由于高温和塑性变形，形成了均匀的焊接区域，焊缝强度和密封性良好。
与传统的焊接方法相比，铝合金搅拌摩擦焊具有以下几个优点：首先，搅拌摩擦焊无需外加焊接材料，避免了常规焊接中的焊剂使用和气体保护等问题。
这降低了成本，同时减少了环境污染。
其次，搅拌摩擦焊具有较高的焊接速度和效率。
焊接头变形均匀，焊接时间短，适用于大面积或长尺寸工件的焊接。
第三，搅拌摩擦焊对铝合金的应变硬化效应较小，减少了焊接区域的硬化现象，提高了焊缝的塑性和可靠性。
铝合金搅拌摩擦焊技术的研究进展日益丰富。
首先，针对不同铝合金材料和焊接条件，研究者通过调整焊接参数和其他工艺控制手段，优化焊接质量和性能。
例如，通过控制转速、下压力、摩擦时间等参数，可以实现理想的焊接接合。
同时，研究者还对焊接头几何形状、初始材料状态等因素进行改善和控制，提高焊接接合的可靠性。
其次，近年来，通过引入其他技术手段，如电流、激光、超声等，与搅拌摩擦焊相结合，可以进一步提高焊接接合的强度和质量。
例如，搅拌摩擦挤压焊技术将搅拌摩擦焊与挤压焊结合，对铝合金零件进行焊接加工，获得了良好的焊接接合。
此外，铝合金搅拌摩擦焊技术在实际应用中也取得了广泛成功。
在航空航天领域，搅拌摩擦焊被用于连接飞机结构件、涡轮叶片等零部件，取得了良好的焊接接合效果。
在交通运输领域，搅拌摩擦焊被广泛应用于铁路和汽车制造中。
在轻工制造领域，搅拌摩擦焊技术也被广泛应用于电子设备、电池等领域的制造。
然而，铝合金搅拌摩擦焊技术仍面临一些挑战。
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。
fsw搅拌摩擦焊接的原理和应用
FSW搅拌摩擦焊接的原理和应用1. 原理介绍搅拌摩擦焊接（Friction Stir Welding，简称FSW）是一种高效的固态焊接技术，它的原理是利用摩擦热产生塑性变形并将材料连接在一起。
相比传统的熔化焊接技术，FSW避免了熔化材料的过程，从而消除了熔渣、气孔和焊缝变质等焊接缺陷。
该技术适用于多种材料的焊接，包括铝合金、镁合金、钛合金和铜等。
FSW焊接过程中，焊接头部分被焊接工具（通常是一个非常坚硬的圆柱形肩部和一个细长的针尖部分组成）沿着焊接拼接线旋转前进。
焊接工具施加在焊接接头上的轴向压力使接头产生塑性变形。
焊接过程伴随着摩擦热的产生，使材料局部发生非等温塑性变形。
随着焊接工具的前进，焊接接头在塑性变形的影响下形成连续的焊缝。
2. 搅拌摩擦焊接的优势FSW具有以下几个优势，使其在各个工业领域中得到广泛应用：2.1 强度高由于焊接过程中没有液态的熔池，FSW焊接接头的晶粒不会因为快速冷却而变细，从而保持了较高的强度。
热影响区（Heat Affected Zone，HAZ）也较窄，减少了焊接接头的热损害。
2.2 减少焊接缺陷FSW既避免了熔化过程中可能产生的气孔、熔渣等缺陷，又减少了焊缝区的变质现象。
焊接接头的质量得到有效保证。
2.3 适用于不同材料的焊接FSW广泛适用于铝合金、镁合金、钛合金、铜等多种材料的焊接。
无论是相似材料的焊接，还是异种材料的焊接，FSW都能得到良好的焊接质量。
2.4 生产效率高FSW焊接速度相对较快，通常比传统熔化焊接技术要高，可以大大提高生产效率。
同时，焊接过程中无需使用惰性气体保护，避免了气体保护系统的成本和复杂性。
3. 搅拌摩擦焊接的应用领域FSW技术在众多领域中得到了应用，以下列举了几个典型的应用领域：3.1 航空航天工业在航空航天领域，铝合金被广泛应用于制造飞机结构。
如机翼、蒙皮和座椅等。
FSW技术可以实现这些结构件的焊接，提高了结构的强度和可靠性。
3.2 汽车制造FSW技术在汽车制造中的应用主要集中在车身板件焊接。
铝合金搅拌摩擦焊工艺 -回复
铝合金搅拌摩擦焊工艺-回复铝合金搅拌摩擦焊工艺- 实现材料的高质量连接引言：铝合金是一种常用的轻质金属材料，具有优良的导热性、强度和耐腐蚀性。
在制造行业中，铝合金的应用越来越广泛，但如何高效地连接铝合金成为一个关键问题。
在铝合金的焊接方法中，搅拌摩擦焊技术因其特殊的优点而备受关注。
本文将一步一步地介绍铝合金搅拌摩擦焊工艺，以及其关键步骤和优势。
第一部分：搅拌摩擦焊的原理和过程搅拌摩擦焊是一种通过搅拌和摩擦热来实现材料结合的焊接方法。
其过程中，焊接头两侧的铝合金被高速旋转的锥形工具搅拌并加热，随着摩擦的增加，金属温度升高，导致其柔韧性增加。
当达到一定的温度时，焊接头被渐渐挤压，使得金属层之间发生冷焊结合。
同时，由于搅拌的缘故，焊接头中的金属颗粒得到细化，从而提高了焊接接头的强度和密实性。
第二部分：铝合金搅拌摩擦焊工艺步骤1. 材料准备：选择合适的铝合金材料，并确保其表面清洁和无油污。
2. 设计焊接接头：确定焊接接头的几何形状和尺寸，以及焊接参数。
3. 定位和装夹：将两个要焊接的铝合金零件放置在焊接设备上，并通过合适的夹具进行固定。
4. 焊接温度和力控制：根据材料性质和焊接要求，设定合适的旋转速度和下压力。
5. 开始搅拌：启动设备，使工具开始旋转并加热焊接区域，同时向下施加一定的压力。
6. 加热和搅拌：搅拌头的高速旋转和下压力会加热金属，并使其产生塑性变形，从而实现冷焊结合。
7. 结束焊接：在达到焊接要求后，停止旋转和施加压力，留出一定的冷却时间。
8. 检测和质量控制：使用非破坏性和破坏性测试方法来检测焊接接头的质量，确保其达到要求。
第三部分：铝合金搅拌摩擦焊的优势1. 高质量：搅拌摩擦焊可以消除气孔、热裂纹等焊接缺陷，实现金属材料的高质量连接。
2. 高效率：相较于传统的焊接方法，搅拌摩擦焊不需要额外的填充材料和气体保护，节省了时间和成本。
3. 环保：搅拌摩擦焊过程中无需使用焊接剂或保护气体，减少了对环境的污染。
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。
焊接工艺中的摩擦搅拌焊技术
焊接工艺中的摩擦搅拌焊技术摩擦搅拌焊技术在焊接工艺中的应用摩擦搅拌焊（Friction Stir Welding，FSW）技术，作为一种新兴的焊接工艺，正在逐渐得到人们的关注和认可。
它的出现不仅改变了传统焊接方法，还带来了许多优势和创新。
本文将从摩擦搅拌焊技术的原理、应用范围和未来发展等方面，探讨其在焊接工艺中的重要性和价值。
一、摩擦搅拌焊技术的原理摩擦搅拌焊技术是一种无熔区焊接方法，它利用回转的焊接工具，通过摩擦加热和搅拌的作用，将金属板材相互连接。
其原理主要包括以下几个方面：1. 摩擦加热：焊接工具通过与工件的摩擦产生热量，将工件表面加热至可塑性温度，但不达到熔点。
这种无熔区的加热方式是摩擦搅拌焊的特点之一。
2. 塑性流动：在摩擦作用下，金属材料开始发生塑性变形，产生较强的流动性，但保持了原有的晶体结构。
通过搅拌工具的旋转和推进，工件的材料被搅拌成连续的焊接接头。
3. 冷却固化：在搅拌过程中，焊接接头由于摩擦加热而达到可塑性状态，但在离开焊接工具后，温度迅速下降，接头被固化为连续的金属接合部分。
二、摩擦搅拌焊技术的应用范围摩擦搅拌焊技术以其独特的焊接原理和优异的性能，广泛应用于不同材料的焊接领域。
其主要应用范围包括以下几个方面：1. 航空航天领域：摩擦搅拌焊技术可以用于航空航天器件的连接，例如飞机翼板、舱壁、涡轮发动机叶片等。
这种焊接方法能够减少热输入，提高焊接质量和强度，减小了焊接变形和应力集中的问题。
2. 轨道交通领域：摩擦搅拌焊技术可以应用于轨道交通车辆的制造和维修。
例如，高铁列车的车体焊接、地铁车辆的连接等。
由于摩擦搅拌焊能够避免焊接变形和减小焊接缺陷，因此能够提高车辆的运行平稳性和安全性。
3. 汽车制造领域：摩擦搅拌焊技术可以应用于汽车车身的焊接。
与传统的焊接方法相比，摩擦搅拌焊能够提供更强的接头强度和密封性，同时还能够降低噪音和振动，提高车身的刚性和安全性。
4. 电子设备领域：摩擦搅拌焊技术可以用于电子设备的组装和连接。
搅拌摩擦焊
一 影响FSW焊接的因素 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。表2-1列出了影响FSW焊的主要工艺因素和它们的内容要点
表2-1 搅拌摩擦焊的工艺因素
工艺因素
ห้องสมุดไป่ตู้
内容
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 材料拘束
搅拌指棒的长度：约等于母材厚度 搅拌指棒的形状：要适合于不同的材料、板厚 搅拌头的角度：一定的前进角
搅拌指棒插入的深度：约与板厚相等 搅拌头中心线的位置：正好处于接头中心线 搅拌头肩部：接触程度
根据被焊材料厚度，搅拌头的形状， 电动机的输出功率，机械刚度， 转速一般为几百-几千转/分
根据确定的搅拌头的转速选择 焊接速度一般由 几 cm/min 和 1-2m/ min，约与电弧焊相等
第二节 搅拌摩擦焊工艺
3.搅拌头的寿命 搅拌头的寿命主要是以搅拌指棒根部的损伤为衡量标准。由于搅拌指棒根部易发生高温疲劳或剪切破坏， 而造成损伤。 初步试验结果表明，搅拌头的材质、形状、被焊工件的板厚各异以及焊接工艺参数不同，其寿命会有差 别。在实际施焊过程中，以达到规定的焊缝长度或达到规定的使用时间为其寿命。例如焊接板厚6mm的6082T6铝合金时，焊接长度为800m。 当搅拌头坏损后，一定要把残留在焊缝内的破损的搅拌指棒取出。目前，采用肉眼观察检验搅拌头是否 破损，是不容易的。在实际施焊过程中，达到规定的寿命，必须更换搅拌头，然后通过研磨等修复处理后再 使用。
图2-7 不同厚度的铸铝和锻铝的搅拌摩檫焊接头的宏观断面
第二节 搅拌摩擦焊工艺
2. 工艺参数的选择 (1)焊接速度 焊接速度是根据搅拌头的形状和被焊金属来定。几乎与MIG焊相同，或稍比MIG焊快一些，一般为30-10 0cm/min
《2024年高强铝合金搅拌摩擦焊接机理及接头性能调控》范文
《高强铝合金搅拌摩擦焊接机理及接头性能调控》篇一一、引言随着现代工业的快速发展，高强铝合金因其优异的力学性能、良好的耐腐蚀性以及轻量化特点，在航空、汽车、轨道交通等领域得到了广泛应用。
搅拌摩擦焊接（Friction Stir Welding, FSW）作为一种固相连接技术，因其能实现高强铝合金的高效、高质量连接而备受关注。
本文旨在探讨高强铝合金搅拌摩擦焊接的机理及接头性能的调控方法。
二、搅拌摩擦焊接的机理搅拌摩擦焊接是一种通过摩擦热和塑性流动实现固态金属连接的工艺。
其基本原理是利用高速旋转的搅拌头与工件接触并摩擦产生热量，使工件局部达到塑性状态，然后通过搅拌头的挤压和摩擦热的作用，使工件在固态下实现连接。
在高强铝合金的搅拌摩擦焊接过程中，焊接接头的形成主要分为三个阶段：预热阶段、塑性流动阶段和冷却凝固阶段。
在预热阶段，搅拌头与工件接触并摩擦产生热量，使工件局部温度升高并达到塑性状态。
在塑性流动阶段，搅拌头的旋转和移动使工件金属发生塑性流动并混合在一起。
在冷却凝固阶段，焊接接头在固态下完成连接。
三、接头性能的调控接头性能的调控是搅拌摩擦焊接过程中的关键环节，主要包括焊接参数的选择和工艺控制。
1. 焊接参数的选择焊接参数的选择对焊接接头的性能具有重要影响。
主要参数包括搅拌头的转速、焊接速度、下压量等。
适当的转速和焊接速度可以保证焊接接头的热输入和塑性流动状态达到最佳状态，从而获得良好的接头性能。
下压量的选择应保证搅拌头能够顺利地进入工件并产生足够的摩擦热。
2. 工艺控制（1）搅拌头的形状和材质：搅拌头的形状和材质对焊接接头的质量有很大影响。
合适的搅拌头形状可以更好地将工件金属混合在一起，提高接头的力学性能。
同时，搅拌头的材质应具有良好的耐磨性和耐热性，以保证其在使用过程中不会发生磨损或变形。
（2）预热处理：在搅拌摩擦焊接前，对工件进行适当的预热处理可以提高其塑性和降低其硬度，从而有利于提高焊接接头的质量。
箱底搅拌摩擦焊接工艺及其应用
箱底搅拌摩擦焊接工艺及其应用
箱底搅拌摩擦焊接工艺是一种先进的焊接技术，它是利用进行搅拌和摩擦来使两块金属材料形成牢固无缝相接的焊接接头。
该技术适用于铝合金的焊接，并能获得良好的焊接效果。
箱底搅拌摩擦焊接工艺的具体操作流程如下：首先，将要焊接的两块铝合金材料放置在工作台上，并进行划分，以确定焊接的焊点位置。
然后，将搅拌摩擦焊接头夹具固定在一块金属上，并将另一块金属放在夹具的另一侧。
接下来，启动旋转机构，使夹具开始旋转，并且将两个金属材料靠近。
当达到预设角度时，搅拌头开始工作，同时工具进入工件内部，提高了焊接的质量和强度。
最后，通过恒压和后期维护等协同作用完成焊接过程。
箱底搅拌摩擦焊接工艺有许多优点。
首先，它具有高效率和高质量的特点。
其次，该技术可以有效地处理较厚的铝合金材料，并可实现在可焊镁铝材料上的应用。
此外，该技术还可以适用于在低温环境下进行焊接的情况，并能够实现高强度、耐腐蚀等特殊要求的单元件制造。
随着技术的不断发展，箱底搅拌摩擦焊接技术在航空航天、汽车制造、轨道交通等领域的应用越来越广泛，成为一种新型、高效、环保的焊接技术，并为规模化生产和产业升级提供了新的技术和方法。
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。
2024铝合金的搅拌摩擦焊接工艺及显微组织
性 变形 而沿 凸肩 边缘 溢 出 ， 缝 表 面 凹进 及 两侧 出现 焊
飞 边 毛刺．
Ｆ ｇ２ Ｄｅ ｅ ｔ ｉ ｗｅｄ ｎ ｏ ｅ ｉ ． ｆ ｃｓ ｎ ｌ ｉ ｇｚ ｎ
２ ４ 扫描 电镜 观 察和 电子能谱 分 析 ． 当焊接 头旋转 速度 为 ｌ０ ０ｒ ｍｌ ， 成致密 焊 ０ ／ ｎ时 形 缝， 焊缝 的抗 拉强 度 （ 达 到 １ ７ ４ＭＰ ． ２左边 试 ） ． ａ 图 ３ 对 焊 接 速 度 为 ３ ｍ／ ｉ 、 接 头旋 转 速 度 为 ０ｒ ａ ａ ｒｎ 焊 ｌ０ ０ｒｍｉ 的焊缝 进 行 扫 描 电镜 观察 ， 果 表 明 ， ０ ／ ｎ时 结 焊 缝 因剧烈 的热塑 性 变 形而 发 生再 结 晶 ； 二 相 质 点 第 呈颗 粒状 弥散分 布于 基 体及 晶界 上 ， 第 二 相 颗粒 尺 但 寸存 在较 大差异 ， 中， 粒 尺寸 较 大 、 状 不 规则 的 其 颗 形 质 点是原 基体 中粗 大 ０相 破 碎 的结 果 破 碎 的 ０相 在
２２ ０ ４铝 合 金 的搅 拌摩 擦 焊 接 工 艺 及 显 微 组 织
彭成章 ， 周鹏展 黄 明辉 ，
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第１ ７卷 第 ２期
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结 晶后 的新 析出相 ． 对焊 缝 区 晶 界 和 晶 内 第 二 相质 点 进 行 电子 能谱 （ Ｄ ） 析 ， ５ 所测 质点 化学成 分谱线 ， 现晶 内 Ｅ Ｘ分 图 是 发 以强化相 （ ｕ 出现 ， 晶界 上除 ０相 外 ， 存 在杂 Ｃ Ａ１ ） 而 还 质 相 （ ： ＳＭｎ ｕ ｅ ） 晶界上 的有 害杂 质相 会弱 如 ＡＩｉ Ｃ Ｆ 等 ． 化 晶界 ， 并且 成为拉 伸 断裂 的裂 纹源 ， 可 能是 焊缝 的 这 抗 拉 强度不 如基 体 和拉伸断 口呈脆性 的 原因． （ ） ６ｍｍ 厚 的 ２ ２ １对 ０ ４铸 铝合 金 板 ， 理 的搅 拌 合
汽车制造新技术——搅拌摩擦焊
图１ 搅拌摩擦焊工作原理图２ 铸造铝合金和６ｍｍ铝合ＦＳＷ接头６ｍｍ ６０８２铝合金板材铸造铝合金对于焊接材料而言，搅拌摩擦焊可以焊接所有牌号的铝合金，包括可以熔焊的５０００、６０００系列铝合金和熔焊难以焊接的２０００、７０００和铝锂合金材料；同时搅拌摩擦焊还可以实现不同种材料的连接。
正常情况下，搅拌摩擦焊不需要焊丝和保护气，焊接过程消耗较少。
焊接接头强度可以达到母材金属的８０％以上。
搅拌摩擦焊目前可以实现所有的熔焊焊接结构，通过搅拌摩擦焊设备，可以实现１Ｄ、２Ｄ和３Ｄ结构的焊接。
并且由于焊透控制可以通过搅拌头来保证，所以迄今搅拌摩擦焊最大焊接深度还没有得到定义，图３为英国焊接研究所焊接的１００ｍｍ厚度的搅拌摩擦焊接头。
图３ ＴＷＩ焊接的厚度为１００ｍｍ的搅拌摩擦焊接头汽车铝合金材料汽车通常选用能够大批量制造的商业化金属材料制造，使用比较普遍的一种是薄板低碳钢，另一种是铝合金。
铝合金材料很早就在国外越野汽车如ＬＡＮＤ ＲＯＶＥＲ、运动赛车和高档轿车奥迪中使用， 并且由于汽车发展轻量化趋势的要求，铝合金在汽车中的使用越来越多，有资料显示，铝合金代替传统的钢铁制造汽车可使整车重量减轻３０％～４０％，制造发动机可减轻３０％，制造缸体和缸盖可减轻３０％～４０％，制造车轮可减轻５０％。
图４为美国福特公司２００５年利用搅拌摩擦焊汽车焊接Automobile Welding挪威Ｈｙｄｒｏ Ａｌｕｍｉｎｕｍ公司首先利用搅拌摩擦焊实现了铝合金汽车轮毂的搅拌摩擦焊制造，如图６所示，即利用铝合金板材搅拌摩擦焊成为筒体结构，再利用液压滚压成形技术压制成设计形状，然后再利用搅拌摩擦焊将锻压或铸造轮副连接在轮鼓上，这种制造工艺既减轻了轮箍重量也简化了生产成本和提高生产效率。
目前，该技术已经在日本、澳大利亚和中国等地投入批量化铝合金轮毂生产。
汽车悬挂臂目前已经实现搅拌摩擦焊制造，如图７ａ所示，日本Ｓｈｏｗａ Ａｌｕｍｉｎｕｍ和Ｔｏｋａｉ Ｒｕｂｂｅｒ公司在２００４年就利用搅拌摩擦焊把挤压型材制造的悬挂头与直径２０～３０ｍｍ的铝合金管材焊在一起，实现汽车悬挂系统铝合金悬臂搅拌摩擦焊批量化制造。
2024铝合金搅拌摩擦焊研究共3篇
2024铝合金搅拌摩擦焊研究共3篇2024铝合金搅拌摩擦焊研究12024铝合金搅拌摩擦焊研究摘要：随着机械制造行业的不断发展，越来越多的铝合金产品被广泛应用。
搅拌摩擦焊作为一种新兴的接合技术，具有与传统的接合技术相比更加显著的优势。
为了深入探究2024铝合金搅拌摩擦焊的焊接特性，本文开展了一系列实验，分析了焊接热影响区、焊缝组织结构等性能指标。
关键词：2024铝合金，搅拌摩擦焊，焊接特性，金相分析1、引言搅拌摩擦焊技术是一种新兴的固态接合技术，在汽车、航空航天、船舶制造等领域有着广泛的应用。
相较于传统的接合技术，搅拌摩擦焊具有焊接速度快、焊缝强度高、热影响区小等优势，因此备受关注。
其中，铝合金产品的制造领域，搅拌摩擦焊技术也得到了越来越广泛的应用。
2024铝合金是一种常用的高强度铝合金。
它有良好的耐腐蚀性、加工性和低密度等优点，被广泛应用于航空航天、船舶制造等领域。
因此，研究2024铝合金的搅拌摩擦焊技术，具有重要的现实意义和科学价值。
2、实验方法本实验采用了直径为10mm、厚度为2mm的2024铝合金板材作为实验材料。
在实验过程中，我们针对不同的搅拌头转速、焊接速度和夹紧力等参数，开展了一系列的实验测试。
通过实验得出了不同参数下，2024铝合金搅拌摩擦焊的焊接性能指标。
3、实验结果通过对实验结果的分析，我们得出了以下几个结论：（1）随着搅拌头转速的提高，搅拌时间会减少，焊接中的热影响区域也会缩小。
但是，如果转速太高，会导致合金材料的塑性变差，焊接强度反而会降低。
（2）增加焊接速度可以提高焊接效率，但是过快的焊接速度会导致焊缝表面燃烧和氧化，降低焊接强度。
（3）夹紧力对焊接强度的影响非常大。
夹紧力过小，会出现焊缝错位、拉伸断裂等问题，严重影响焊接质量。
夹紧力过大，会增加合金材料的塑性变形，进而影响焊接强度。
（4）通过金相显微镜的观察，我们发现焊接区域的金相组织结构非常致密，焊接区域的显微硬度与母材相近。
搅拌摩擦焊接搅拌效果
搅拌摩擦焊接搅拌效果搅拌摩擦焊接是一种高效、环保的金属连接技术，通过搅拌和摩擦产生的热量将金属材料熔化并连接在一起。
它广泛应用于航空航天、汽车制造、船舶建造等领域，具有连接强度高、焊接速度快、无需添加外部材料等优点。
搅拌摩擦焊接的搅拌效果是其独特之处。
在焊接过程中，焊接头部分被搅拌器旋转而产生大量的热量，使金属材料熔化。
同时，搅拌器的搅拌作用使熔融的金属均匀混合，消除了焊接过程中可能出现的气孔、烧孔等缺陷。
搅拌效果可以提高焊接接头的强度和密实性，确保焊接质量。
搅拌摩擦焊接的搅拌效果与多个因素相关。
首先是搅拌头的设计。
搅拌头的形状和尺寸会直接影响搅拌效果。
合理设计的搅拌头能够更好地搅拌熔融金属，使其更加均匀混合。
其次是搅拌头的转速。
转速过高或过低都会影响搅拌效果，因此需要根据具体材料和焊接要求选择合适的转速。
同时，搅拌头的加压力度也会对搅拌效果产生影响。
适当的加压力度可以增加搅拌的效果，但过大的压力可能会导致金属材料的变形或断裂。
搅拌摩擦焊接的搅拌效果还与金属材料的性质密切相关。
不同的金属材料具有不同的熔点和热导率，这将直接影响焊接过程中的搅拌效果。
对于某些热导率较高的金属材料，需要采取一些措施来增加搅拌效果，如增加转速或加大加压力度。
此外，金属材料的组织结构和成分也会对搅拌效果产生影响。
一些金属材料可能存在晶粒细化或析出相的现象，这将影响焊接接头的强度和韧性。
搅拌摩擦焊接的搅拌效果不仅仅是焊接接头的强度和质量，还涉及到焊接过程的稳定性和可控性。
搅拌效果的好坏直接影响焊接的速度和效率。
良好的搅拌效果可以提高焊接速度，减少生产成本。
另外，搅拌效果还可以减少焊接过程中的热变形和应力集中，提高焊接接头的稳定性和可靠性。
搅拌摩擦焊接的搅拌效果是其独特的焊接技术特点之一。
通过搅拌和摩擦产生的热量，金属材料得以熔化并连接在一起。
搅拌效果的好坏直接影响焊接接头的强度、质量、速度和效率。
因此，在实际应用中，需要根据具体的焊接要求和材料特性，合理设计搅拌头的形状和尺寸，并选择合适的转速和加压力度，以达到最佳的搅拌效果。
铝合金搅拌摩擦接头的熔焊工艺研究
铝合金搅拌摩擦接头的熔焊工艺研究铝合金因其重量轻、抗腐蚀性能好等优点，得到了越来越广泛的应用，其中搅拌摩擦接头技术是其中重要的一种连接方式，它不仅能够避免传统焊接方法中常见的熔裂、变形、气孔等问题，而且具有高强度、耐疲劳、耐腐蚀等优点。
本文旨在探讨铝合金搅拌摩擦接头的熔焊工艺。
一、搅拌摩擦接头原理搅拌摩擦接头是指在两种铝合金之间插入一个特殊的金属夹层，再通过摩擦力进行搅拌而达到连接效果的一种新型连接技术。
具体而言，搅拌摩擦接头可分为三个阶段：第一阶段为加热阶段，这一阶段的目的是通过摩擦产生的热量对接头进行加热，使接头表面温度超过其塑性阈值；第二阶段为搅拌阶段，这一阶段通过特殊工具对接头进行搅拌，将接头产生的塑性变形与金属夹层进行结合；第三阶段为冷却阶段，这一阶段是通过给接头提供适当的冷却条件，使接头在保证连接质量的同时避免过度的变形。
二、工艺流程对于铝合金搅拌摩擦接头的熔焊工艺，其工艺流程如下：1、准备焊接材料首先需要选择合适的铝合金材料，并对其进行清洗和预热处理。
此外，还需要准备搅拌摩擦接头金属夹层，并对其进行表面处理。
2、准备工具在进行接头焊接前，需要准备好特殊的搅拌摩擦接头工具，其中工具的形状和尺寸要根据具体的焊接需求进行选择。
3、接头加热将待焊接的两个铝合金材料加热到一定的温度，此时即可进行接头搅拌。
4、接头搅拌使用特殊的搅拌摩擦工具对接头进行搅拌，并调节摩擦力和搅拌速度，使金属夹层与基材发生塑性变形，并形成均匀的接头。
5、冷却处理将焊接后的接头进行适当的冷却处理，使其能够保持连接强度，并避免过度变形。
三、工艺参数搅拌摩擦接头的熔焊工艺需要控制的主要参数有摩擦速度、搅拌力和冷却时间等，具体的参数设置需要根据铝合金材料的种类和焊接的具体要求来进行选择。
举例而言，在对6xxx系铝合金进行搅拌摩擦接头时，摩擦速度可以设置为1000~1500转/分钟，搅拌力可以设置为30~40KN，冷却时间可以设置为几分钟到几十分钟不等。
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搅拌摩擦焊--铸铝的高效连接技术
针对ZL114A合金广泛应用，中国搅拌摩擦焊中心对该材料的搅拌摩擦焊工艺适应性进行了开发，试验数据表明，该材料的搅拌摩擦焊工艺适应性良好，接头抗拉强度达到了母材的91%，接头力学综合性能优于电子束等熔焊方法。
ZL114A合金（旧牌号为ZAlSi7Mg1A），是在ZL101A合金基础上增加Mg元素的含量发展起来的Al-Si-Mg系高强度铸造铝合金。
它既具有优良的铸造工艺性能，又具有较ZL101A合金更高的力学性能。
由于其优越特性，在航空航天制造业中，广泛用于制造重要部位的大型薄壁结构件。
ZL114A合金应用前景广阔，产生了对材料高效连接技术的迫切需求。
因采用熔焊方法，热输入量较大，焊接变形大，难以满足薄壁件精度要求；并且焊缝易出现气孔、夹渣、未焊透、烧穿、裂纹等缺陷，缺陷率高；而且焊前焊后处理工序较繁琐。
搅拌摩擦焊是一种新兴的金属固相连接技术，金属在焊接过程中不熔化，热输入量小；焊缝的连接是在金属受挤压的状态下完成的，焊接接头不会产生熔化焊焊接接头的气孔和裂纹等一类缺陷，焊缝缺陷少；搅拌摩擦焊类似于机械加工过程，容易实现自动化控制，而且没有熔化焊中的电压，电流，强光，金属粉尘等现象，工作环境环保清洁。
最重要的是，搅拌摩擦焊接头的力学性能优于熔焊接头。
试验数据表明焊接接头的抗拉强度达到了母材的91％，试样延伸率达到了2.5％，
接头组织晶粒细化、均匀而致密，消除了母材的铸造缺陷。
下图为ZL114A母材与焊接接头微观组织对比，从图中可观察到焊核区微观组织是无方向性的、细小的等轴晶粒，母材区为粗大的树枝状铸造组织。
(a)母材微观组织
(b)焊核微观组织
搅拌摩擦焊是一种区别于熔化焊和机械连接的新型焊接技术，基于其技术优势，在航空制造业中的应用具有巨大的潜在性，为各种轻质合金高效连接，提供了解决途径和方法。