搅拌摩擦焊技术

机械与能源工程系
2.3 搅拌摩擦焊接的重要工艺参数
材料成型工艺
Biblioteka Baidu
搅拌摩擦焊的工艺参数
工艺参数 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 内 容 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 接头间隙，推荐0mm间隙 材料的挤压加工精度、接头的加工精度、是防止产生缺陷的重要因素 为了保证接头精度，设计专用的夹具是非常重要的。



能力目标：培养学生对搅拌摩擦焊的工艺设计能力。
素质目标：形成焊接技术的自主学习和分析方法。 机械与能源工程系
材料成型工艺
1.2 学情分析

授课对象：大学三年级第二学期材料专业学生。 学生分析：学生前期已经学习了材料成型原理的基本 知识，其课程内容已经简单的介绍了常见的焊接工艺， 但基本是熔化焊的方法与工艺，几乎不涉及固相焊技
2.2 搅拌摩擦焊接的基本原理
材料成型工艺
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 与焊件做相对运动，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。 机械与能源工程系
2.2 搅拌摩擦焊接的基本原理
材料成型工艺
• 搅拌摩擦焊的焊接 过程，可以分解为4 个 不同阶段： 旋转、插 入、焊接、离开。
旋转 插入
• 搅拌摩擦焊原理图
焊接
离开
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2.2 搅拌摩擦焊接的基本原理
材料成型工艺
• 焊接接头的示意图
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2.2 搅拌摩擦焊接的基本原理
材料成型工艺
术，更不了解搅拌摩擦焊的基本原理及其工艺。因此
通过搅拌摩擦焊的学习，使学生对焊接技术的发展和 应用进行全面的学习和运用。
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材料成型工艺
1.3 教学设计

教学方法：采用图形结合及动画演示教学，重点讲述 搅拌摩擦焊的工作原理、焊接工艺及重要参数。 提炼课程结构主线：以搅拌摩擦焊的工艺为课程教学 结构主线，帮助学生尽快掌握搅拌摩擦焊的原理，能 够根据不同的材料和结构设计合理的焊接工艺。 增强学生自主学习能力和工程应用能力：采用图片展 示和动画演示的分析方法，启发学生自主分析搅拌摩 擦焊的原理与工艺，同时培养学生实际运用和操作能 力。 机械与能源工程系
材料成型工艺
• 搅拌摩擦焊存在的主要问题： （1）焊缝无增高, 在接头设计时要特别注意这一特征。焊接角 接接头受到限制，接头形式必须特殊设计。 （2）需要对焊缝施加大的压力，限制了搅拌摩擦焊技术在机
器人等设备上的应用。
（3）焊接结束时，由于搅拌头的回抽在焊缝中往往残留搅拌


2 讲课
材料成型工艺
搅拌摩擦焊
主讲：王小明
机械与能源工程系
2.1 搅拌摩擦焊的发展历程
材料成型工艺
• 1991年,英国焊接研究 所（The Welding InstituteTWI）发明了搅拌摩擦焊 （Friction Stir WeldingFSW
• 1997年，被日立公司、阿尔 斯通公司等大型列车制造商广 泛用于铝合金车体的制造中， 在列车制造领域逐渐取代了熔 焊技术。 机械与能源工程系
(V = 14 m/h)
(V = 38 m/h)
(V = 28 m/h)
• 铝合金搅拌摩擦焊宏观形貌
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2.3 搅拌摩擦焊接的重要工艺参数
材料成型工艺
• FSW焊接的重要工艺参数
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。 这些参数对接头稳定性和焊 接质量的非常重要。
2.1 搅拌摩擦焊的发展历程
材料成型工艺
• 1995年，英国焊接研究所在中国申请了搅拌摩擦焊技术发 明专利，并于1999年正式获得国家专利局批准。 • 2002年，英国焊接研究所与中国航空工业集团公司北京航空 制造工程研究所签定了专利授权协议，并联合成立了中国搅拌 摩擦焊中心（北京赛福斯特技术有限公司是该中心的企业化运 营实体），致力于在中国地区（包括台、港、澳）推广这项新 技术。 •中国第一台 12m长宽幅型 材搅拌摩擦焊 设备 机械与能源工程系
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2.4 搅拌摩擦焊接的特点
材料成型工艺
• 搅拌摩擦焊具有的优点： ⑴ 搅拌摩擦焊是一种固相连接技术，接头性能优异。。 ⑵ 焊前不需要开坡口，可以节省焊前准备工时。 ⑶ 焊接过程中不需要保护气，也不需要填充材料。 ⑷ 焊接过程容易实现自动化，可以实现全位置焊接， 接头质量一致性好。
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1 说课
材料成型工艺
搅拌摩擦焊
说课人：王小明
机械与能源工程系
材料成型工艺
1.1 教学内容与目标

教学内容：搅拌摩擦焊的发展历程；搅拌摩擦焊的基 本原理；搅拌摩擦焊的工艺特点及重要的工艺参数； 搅拌摩擦焊的发展现状和应用领域。 重点与难点：搅拌摩擦焊的基本原理；搅拌摩擦焊的 工艺特点及重要的工艺参数。 知识目标：掌握搅拌摩擦焊的基本原理；掌握搅拌摩 擦焊的工艺参数及特点；了解其发展及应用。
2.4 搅拌摩擦焊接的特点
材料成型工艺
• 搅拌摩擦焊具有的优点： ⑸ 焊接热输入小，从而导致焊接变形小、接头残余应力水平低， 是一种低应力、小变形焊接技术。 ⑹ 焊接过程中无飞溅、无弧光、无辐射，是一种绿色焊接技术。 ⑺ 焊接效率高、能耗低，是一种高效焊接技术。
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2.4 搅拌摩擦焊接的特点