搅拌摩擦焊技术
谈搅拌摩擦焊技术
成功案例介绍及经验总结
01
成功案例一
某航空制造企业成功应用搅拌摩擦焊技术，实现了铝合金材料的可靠连
接。通过合理的工艺参数设置和操作规范，获得了高质量的焊接接头，
提高了生产效率。
02
成功案例二
某轨道车辆制造企业采用搅拌摩擦焊技术，实现了不锈钢车体结构的快
速、高效连接。通过优化工艺参数，降低了焊接变形和应力，提高了焊
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汽车制造领域
车身结构的连接
搅拌摩擦焊技术可用于汽车车身结构的连接，提高车身的强度和刚度。
新能源汽车电池托盘的焊接
搅拌摩擦焊技术还可用于新能源汽车电池托盘的焊接，提高电池托盘的稳定性和安全性。
轨道交通领域
轨道车辆的制造
搅拌摩擦焊技术可用于轨道交通领域中轨道车辆的制造，提高车辆的稳定性和安全性。
地铁车辆车体的焊接
搅拌摩擦焊技术还可用于地铁车辆车体的焊接，提高车体的强度和刚度。
新能源领域
太阳能板的焊接
搅拌摩擦焊技术可用于新能源领域中太 阳能板的焊接，提高太阳能板的稳定性 和效率。
VS
风力发电机叶片的焊接
搅拌摩擦焊技术还可用于风力发电机叶片 的焊接，提高叶片的稳定性和安全性。
03
搅拌摩擦焊技术工艺流程与设 备
，能够产生摩擦热和塑性变形，实现材料的连接。
控制系统
02 用于控制搅拌头的旋转速度、压力和焊接时间等参数
，确保焊接过程的稳定性和可控性。
焊接夹具
03
用于固定待焊接的材料，确保焊接过程的稳定性和精
度。
设备选型与维护
设备选型
根据生产需求和预算等因素，选择适合的搅拌摩擦焊设备，包括搅拌头的类型、尺寸和 控制系统等。
搅拌摩擦焊的原理、工艺特点、装备特点及飞机制造中的应用
搅拌摩擦焊的原理、工艺特点、装备特点及飞机制造中的应用一．搅拌摩擦焊的原理搅拌摩擦焊（简称：FSW）是利用一种非损耗的特殊形状的搅拌头，旋转着插入被焊零件，然后被焊零件的待焊界面向前移动，通过搅拌头对材料的搅拌，摩擦，使待焊材料加热至热塑性状态，在搅拌头高速旋转的带动下，处于塑性状态的材料环绕搅拌头由前向后转移，同时结合搅拌头对焊缝金属的挤压作用，在热-机联合作用下材料扩散连接形成致密的金属间固相连接。
搅拌摩擦焊原理图二．搅拌摩擦焊的工艺特点搅拌摩擦焊的原理决定了它有完全不同于传统熔焊的焊接工艺。
与其它焊接方法相比,搅拌摩擦焊具有以下显著特点：1)不需要氢、氦等保护气体和填充材料,节约资源。
不产生弧光、烟尘、噪声以及任何有害的烟雾气体,减少了对人体危害,属于绿色环保高技术。
2)焊前不需要对被焊接材料进行严格清理、打磨和加工开剖口,大大降低了劳动强度,提高了工作效率。
3)依赖人的控制参数小,易于实现自动化生产,采用立式,卧式工装均可实现焊接,焊接质量的一致性高。
4)可以实现传统焊接难以焊接的铝合金材料,也可以焊接异种金属。
5)由于焊接温度相对较低,焊接大尺寸工件变形很小,焊接区的残余应力和残余变形也显著减少。
6)焊接装配要求低,焊件结合面的装配间隙小于焊件厚度的10%时,不会影响接头质量。
FSW技术的主要工艺参数是摩擦速度及时间,关键技术问题在于特殊结构形状的搅拌头。
对于不同的待焊材料,接头形式,搅拌头的材料和形状及搅拌摩擦焊的工艺都应不同。
三.搅拌摩擦焊的装备特点搅拌摩擦焊的搅拌头由特殊形状的搅拌指棒和轴肩组成，轴肩的直径大于搅拌指棒的直径，在焊接过程中轴肩和被焊材料的表面紧密接触，防止塑化金属材料的挤出和氧化。
同时，搅拌轴肩还可以提供部分焊接所需要的搅拌摩擦热，搅拌指棒的形状比较特殊，焊接过程中搅拌指棒要旋转着插入被焊材料的结合界面处，并且沿着待焊界面向前移动。
对于对接焊缝，搅拌指棒的插入深度一般要略小于被焊材料的厚度。
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。
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。
搅拌摩擦焊技术
搅拌摩擦焊技术
1. 搅拌摩擦焊是熔接金属材料的无焊接方法,它对厚度较厚的工件,尤其是对零件中
厚度变化较大的坡口连接,效果更佳,也比剪切连接更可靠。
搅拌摩擦焊技术通过将原料金
属摩擦加热而使之融合。
搅拌摩擦焊结合了摩擦焊的融合金属诱导和搅拌的大量焊接固
溶效果的优点，神始看到应用更加广泛，已经成功应用于航空航天、汽车、船舶等领域。
2. 搅拌摩擦焊技术可分为三大部分：物料准备与预处理、搅拌摩擦焊系统与参数控
制和处理后台检验等。
其中物料准备与预处理包括材料选择、清理、切割、锻造等；搅拌
摩擦焊系统与参数控制部分要根据不同材料来确定一系列熔接参数，控制摩擦焊系统；处
理后台检验部分需要进行超声波探伤、熔合区显微组织分析以及力学性能检测。
3. 搅拌摩擦焊技术有很多优点，其中最重要的是可以节省焊材，并且可以达到同种
金属材料熔接更佳的效果。
此外，搅拌摩擦焊技术还可以减少工件对焊接产生的受损，也
可以大大节约工序耗费的时间。
4. 搅拌摩擦焊技术在焊接应用中也有一些问题需要重视，其中最大的问题就是冷锤
在熔接区附近残留的块状熔接金属，这些块状熔接金属的残留会影响熔接的强度和密封性，从而增加故障率。
另外，在搅拌摩擦焊中摩擦力的控制也非常重要，过大的摩擦力会使焊
接的温度偏高，容易造成焊接变形或脆性断开。
5. 搅拌摩擦焊技术是一种新型的熔接技术，在实际应用中要根据不同材料来制定适
当的焊接工艺参数，控制摩擦力等要素，从而获得高质量的焊接。
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。
轻量化-搅拌摩擦焊技术
四、搅拌摩擦焊在汽车上的应用
在汽车上的应用：汽车空调、轮毂、车门、电动汽车电池托盘、电机壳体等
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本田2013款雅阁
电动汽车电池托盘
沃尔沃XC90 轮毂
BMW 5 门窗直立边柱 Mazda RX-8 后门
四、搅拌摩擦焊在汽车上的应用
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供应商：北京赛福斯特 该公司2002年成立， 与TWI（英国焊接研究 所）合作开展全方面的 搅拌摩擦焊研究
二、搅拌摩擦焊的基本原理
FSW焊接工具
6/15
搅拌摩擦点焊（Friction Stir Spot Welding，FSSW）
搅拌摩擦点焊（Friction Stir Spot Welding，FSSW）技术是一种新兴的固相焊接技 术，它是由搅拌摩擦焊技术发展起来的。 它的连接机理是点焊工具周围高温摩擦热和材料塑性流动相互作用的结果。 冶金连接产生在点焊工具周围形成的一种圆环状搅拌区域与材料发生重结晶的区域中， 这一区域在点焊工具旋转、挤压、粉碎等机械力作用下，形成致密组织结构，赋予搅拌摩 擦点焊接头优异的力学性能。 一般分为以下几类： 基本型搅拌摩擦点焊技术（Basic FSSW） 填充式搅拌摩擦点焊技术（Refill FSSW） 摆动式搅拌摩擦点焊技术（Swing FSSW）
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搅拌摩擦焊技术（FSW）
2019.07.06
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一、搅拌摩擦焊技术背景
铝及铝合金的焊接中，存在许多问题： 膨胀系数大而在焊接时产生较大的变形。为了防止变形，在施工现场，必须采用胎卡具固定，和 由培训过的熟练工人操作。 铝及铝合金容易氧化，表面存在一层致密、坚固难熔的氧化膜，所以焊前要求对其表面进行去膜 处理，因此焊接时，要用氩等惰性气体进行保护。 铝及铝合金焊接时易产生气孔、热裂纹等缺陷。 对于热处理型铝合金来说，必须避免在焊接时热影响区产生软化，强度降低的问题。
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。
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
搅拌摩擦焊
搅拌摩擦焊(Friction Stir Welding，简称FSW)是英国焊接研究所(The Welding Institute)于1991年发明的专利焊接技术。
搅拌摩擦焊除了具有普通摩擦焊技术的优点外，还可以进行多种接头形式和不同焊接位置的连接。
挪威已建立了世界上第一个搅拌摩擦焊商业设备，可焊接厚3—15mm、尺寸6×16的Al船板；1998年美国波音公司的空间和防御实验室引进了搅拌摩擦焊技术，用于焊接某些火箭部件；麦道公司也把这种技术用于制造Delta运载火箭的推进剂贮箱。
下面主要介绍搅拌摩擦焊的方法、过程、特点以及搅拌摩擦焊在中国的发展现状。
2.搅拌摩擦焊的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(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。
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。
在焊接过程中，焊头在旋转的同时伸入工件的接缝中，旋转焊头与工件之问的摩擦热，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流向焊头的背后，从而形成搅拌摩擦焊焊缝。
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。
焊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。
关于在搅拌摩擦过程中界面原子的运动现在仍处于研究阶段。
谈搅拌摩擦焊技术研究与应用
CATALOGUE 目录•搅拌摩擦焊技术简介•搅拌摩擦焊技术研究现状•搅拌摩擦焊技术在不同领域的应用•搅拌摩擦焊技术的前景展望与发展趋势•结论搅拌摩擦焊是一种新型的焊接方法，其核心是利用搅拌头与工件之间的摩擦热和塑性变形热，使工件局部加热至塑性状态，并在搅拌头的强烈搅拌作用下实现材料的连接。
与传统的熔焊方法不同，搅拌摩擦焊过程中不涉及熔化，因此可以避免熔焊过程中出现的元素烧损、接头组织性能恶化等问题。
高效节能接头质量高适用范围广操作简单ABCD航空航天领域汽车制造领域其他领域轨道交通领域搅拌摩擦焊技术的应用范围搅拌摩擦焊技术的研究进展搅拌摩擦焊技术自发明以来，经过多年的研究和发展，已经在多个领域得到广泛应用。
在科研方面，研究者们不断探索新的搅拌摩擦焊技术，提高其焊接质量和效率。
在应用方面，搅拌摩擦焊技术已经应用于航空、航天、汽车、船舶等领域，取得了良好的效果。
010203搅拌摩擦焊技术的优势与局限搅拌摩擦焊技术的研究热点与挑战总结词搅拌摩擦焊技术在航空航天领域的应用具有广泛性和重要性。
要点一要点二详细描述搅拌摩擦焊技术在该领域主要用于制造飞机和火箭等关键部件，如铝合金和钛合金的焊接。
相比传统焊接方法，搅拌摩擦焊技术具有更高的焊接质量和更快的焊接速度，提高了生产效率，降低了制造成本。
此外，搅拌摩擦焊技术还具有较好的接头强度和耐腐蚀性，使得飞机和火箭等关键部件的寿命更长、安全性更高。
航空航天领域总结词搅拌摩擦焊技术在汽车制造领域的应用日益增多，成为汽车制造的重要焊接方法之一。
详细描述搅拌摩擦焊技术在该领域主要用于制造汽车车身、底盘和发动机等关键部件，如低碳钢、铝合金和不锈钢的焊接。
相比传统焊接方法，搅拌摩擦焊技术具有更高的焊接质量和更快的焊接速度，提高了生产效率，降低了制造成本。
此外，搅拌摩擦焊技术还具有较好的接头强度和耐腐蚀性，使得汽车的关键部件更加可靠、耐用。
总结词搅拌摩擦焊技术在船舶制造领域的应用具有广泛性和重要性。
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。
搅拌摩擦焊介绍
7
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
8
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。
5
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
搅拌摩擦焊工艺
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。
搅拌摩擦焊的工艺特点及其应用
搅拌摩擦焊的工艺特点及其应用搅拌摩擦焊（Friction Stir Welding，简称FSW）是一种高效的焊接技术，其原理是通过一个特殊的工具在两个待焊接材料之间进行高速旋转和直线移动，从而在材料内部产生摩擦热和塑性变形，使材料达到熔焊的效果。
这种工艺具有许多独特的优点，如焊接质量高、材料损耗低、焊接过程环保等，因此在工业领域得到了广泛应用。
一、工艺特点1. 热输入低：搅拌摩擦焊过程中，工具在材料内部产生摩擦热，而不是像传统熔焊方法那样直接加热材料。
因此，热输入低，避免了热影响区过大和材料性能下降的问题。
2. 焊接过程中无金属熔化：搅拌摩擦焊过程中，材料仅发生塑性变形，而无金属熔化。
这使得焊接接头的化学成分和性能更加均匀，避免了由于金属熔化导致的杂质和气体问题。
3. 焊接过程环保：由于搅拌摩擦焊过程中无金属熔化，因此避免了金属熔化过程中产生的烟雾和有害物质。
同时，由于热输入低，焊接过程产生的热量也对环境的影响较小。
4. 焊接速度快：搅拌摩擦焊的速度较快，适用于大批量生产。
同时，由于焊接过程中无金属熔化，焊接接头不需要后续处理，大大缩短了生产周期。
5. 适用范围广：搅拌摩擦焊适用于多种金属材料的焊接，如铝、铜、钢等。
同时，也适用于不同厚度、形状和尺寸的材料的焊接。
二、应用领域1. 航空航天领域：搅拌摩擦焊在航空航天领域的应用主要包括飞机结构件、发动机零件等的焊接。
由于焊接质量高、焊接速度快，大大提高了航空航天产品的生产效率和质量。
2. 汽车制造领域：搅拌摩擦焊在汽车制造领域的应用主要包括车身结构件、发动机零件等的焊接。
采用搅拌摩擦焊技术，可以大大减轻汽车重量，提高燃油效率，降低排放。
3. 铁路交通领域：搅拌摩擦焊在铁路交通领域的应用主要包括铁路车辆结构件、桥梁结构的焊接。
采用搅拌摩擦焊技术，可以提高铁路交通产品的可靠性和安全性。
4. 能源工程领域：搅拌摩擦焊在能源工程领域的应用主要包括压力容器、管道等的焊接。
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
200
190
180
170
160
150
140
130
120
110
100
-15
-10
1mm from the top 4mm from the top 2.5mm from the top
-5
0
5
10
15
20
与焊缝中心距离/mm
摩擦搅拌焊缝的硬度分布曲线
➢接头硬度曲线呈搅拌摩擦焊典型的W型。 ➢大致可区分焊缝横截面的各个典型区域。从基材到热影响区， 显微硬度下降，达到一个极小值后，随着靠近热机影响区至焊核 区，显微硬度又上升至某一极大值。
4. 搅拌摩擦焊焊缝组织：
➢ （1）基材区（BM）：组织既无机械变形也未经受热作用； ➢ （2）热影响区（heat affected zone，HAZ）：受热循环的影响，微观
组织和力学性能发生了变化，但没有发生塑性变形；
➢ （3）热机影响区(thermo-mechanically affected zone，简称TMAZ)：经 受了机械变形和热循环的双重作用，微观结构发生了较大的变化；
➢ 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。
接头形式：多层对接、多层搭接、T形接头、v形接头和角接等
2. 优点：
127 90-150
— 102, 152 800-2450 400-500
60 — — 60 75 75 80 15 102 —
Grain size (μm)
2-4 10 9 3.8, 7.5 5.9-17.8 10-15 4 6 4 9-10 1.6 5 2-3 1-4 1.5 2.2
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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
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。
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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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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
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。
机械 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
2.2 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
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
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。
(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 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
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
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