钢铝异种金属搅拌摩擦焊背景及问题
搅拌摩擦焊镁铝异种材料研究现状
随着现代制造技术的不断进步，材料焊接技术也在不断发展。
搅拌摩擦焊作为一种新型的焊接方法，因其低能耗、无污染、高效率等优点而备受关注。
在工业界和学术界，对搅拌摩擦焊技术的研究也越来越深入。
一、搅拌摩擦焊简介1. 搅拌摩擦焊的原理和特点搅拌摩擦焊是一种无熔金属的固态焊接方法，通过机械搅拌和摩擦加热的方式将材料焊接在一起。
与传统的熔化焊接方法相比，搅拌摩擦焊具有温度低、热影响区小、焊接变形小等优点。
2. 搅拌摩擦焊的应用领域搅拌摩擦焊技术已广泛应用于航空航天、汽车制造、铁路交通等领域，尤其在焊接铝合金、镁合金等轻金属材料方面具有独特优势。
二、搅拌摩擦焊镁铝异种材料研究现状1. 镁铝异种材料的特点镁铝异种材料因其密度低、强度高、耐腐蚀等特点，被广泛应用于航空航天、汽车制造等领域。
然而，由于镁铝材料的化学性质和熔点差异较大，传统的焊接方法往往难以实现良好的焊接效果。
2. 搅拌摩擦焊镁铝异种材料的研究现状为解决镁铝异种材料的焊接难题，学术界和工业界进行了大量的研究。
目前，搅拌摩擦焊镁铝异种材料的研究已取得了一定进展，但仍存在一些挑战。
3. 研究现状的主要问题（1）焊接接头的组织和性能不稳定，需要进一步优化工艺参数和焊接头形貌。
（2）搅拌摩擦焊镁铝材料的金属间化合物生成机理和影响因素尚不清楚，需要深入研究。
（3）焊接接头的力学性能、耐腐蚀性能等方面还需要进一步评估和提升。
三、未来研究方向1. 优化焊接工艺参数针对搅拌摩擦焊镁铝异种材料存在的问题，未来研究可以进一步优化焊接工艺参数，包括搅拌转速、下压力、焊接速度等，以获得更稳定的焊接接头组织和性能。
2. 深入研究金属间化合物形成机理金属间化合物的生成对搅拌摩擦焊接头的性能具有重要影响，未来的研究可以针对金属间化合物的形成机理和影响因素进行深入探讨，为优化焊接工艺提供理论依据。
3. 综合评价焊接接头性能未来的研究还可以从焊接接头的力学性能、耐腐蚀性能等方面进行综合评价，探索提升镁铝异种材料搅拌摩擦焊接头综合性能的途径。
异种金属的焊接性问题阐述
异种金属的焊接性问题阐述一、绪论目前对于异种金属合成的发展，铝和钢的焊接也成为机械制造业中的重点与难点，由于不同金属性能的差别，导致异种金属的焊接具有较大的难度性。
钢和铝的连接方式有粘接与机械连接两种，粘接的使用比较局限，不适用于超强度的焊接要求，适合对接头强度要求低的焊接过程；而机械焊接能实现较高的接头焊接强度，但是不能保证良好的气密性，而且机械连接一般会留下连接痕迹[1]，对于要求精密的金属部件，这种方法显然不适合。
为了实现异种金属的合成，达到最佳的金属性能，降低金属制造成本，近年来，广大研究人员正在对异种金属焊接技术进行研究与探索，本文就异种金属焊接技术的相关方法与问题进行了论述。
二、铝钢异种金属的焊接性在各种加工制造行业中，铝合金的质量轻、耐腐蚀性强、延展性较高[2]，成为目前广泛应用的一种轻金属，而钢是机械加工行业中使用最普通的金属，在工业建设中扮演着重要的角色。
近年来，以铝、铝合金为基本材料的金属构件使用越来越普遍，并得到了人们的关注。
铝与钢的金属的物理与化学性能上有较大的差异，导致铝与钢焊接过程难以实现，主要的差异体现在以下几点：（1）熔点不同；钢的熔点比铝的熔点高，在两者进行焊接的过程中，由于温度的变化当铝完全熔化成液体的状态时，钢仍处于固态的形式；两者的密度也相差很大，如果实现了铝与钢的同时融化，这时候由于液态的铝水比钢水的密度小，会浮在钢水上，在对金属进行冷却、定型时，就导致两种金属融合的不均匀，从而降低金属接头的性能。
（2）夹渣现象容易发生；夹渣现象指的是铝及合金在焊接的过程，在母材上形成氧化膜，这种氧化膜很难融化，从而阻碍了两种金属的融合；通常在熔池表面也会产生氧化膜，并随着温度的升高变得越来越厚。
氧化膜会严重影响到液态金属的融合，最终导致金属焊缝中出现夹渣的现象[3]。
（3）铝钢焊接接头变形问题；由于铝与钢的密度、热导率相差较大，两者的线膨胀系数也差距很大，在铝和钢的焊接过程中会造成焊接接头的变形，严重时会造成焊接金属裂纹的产生。
铝-钢异种金属搅拌摩擦焊研究现状及展望
铝-钢异种金属搅拌摩擦焊研究现状及展望随着现代工业的不断发展，钢、铝等金属材料越来越广泛地应用于航空航天、汽车、轮船、火车等领域，因此如何实现这些材料的高效连接成为了一个研究热点。
传统的焊接技术，如电弧焊、气体保护焊等，存在着成本高、工艺复杂、易污染等缺点。
而摩擦焊因其无污染、低成本、高效率等优点，受到了广泛关注。
然而，由于钢和铝之间存在严重的材料差异，铝-钢异种金属摩擦焊变得极具挑战性。
目前，针对铝-钢异种金属摩擦焊问题，研究者结合实验和模型仿真等手段进行了广泛的研究。
研究成果主要涉及以下几个方面：（1）难点问题：铝和钢两种材料在摩擦焊接过程中存在的差异性使得焊接过程非常困难，如界面反应、扭转瞬间的热变形、金属蒸发等问题都需要克服。
而传统的工艺参数无法适用于铝-钢异种金属摩擦焊的情况，因此需要针对性的工艺参数优化。
（2）优化工艺方法：研究者发现，在铝-钢异种金属搅拌摩擦焊中，采用混合力和无负荷起始工艺是一种优化的焊接方法。
混合力可以增加初始焊接质量，无负荷起始可以减小焊接过程中的不均匀性。
（3）材料界面特性：从焊缝的微观结构、硬度分布和断口形貌等方面研究铝和钢之间的界面特性，可以更深入地理解铝-钢异种金属摩擦焊的本质。
（4）金属熔深分析：采用热仿真实验和有限元模拟等手段，对铝-钢异种金属焊接时的金属熔深进行分析，可以为优化焊接工艺提供指导。
未来展望：（1）工艺参数寻优：针对铝-钢异种金属焊接，在工艺参数寻优方面还有待进一步探索，如利用人工智能等技术快速优化焊接参数。
（2）界面反应机理研究：界面反应是阻碍铝-钢异种金属焊接的重要因素，未来需要在深入研究其机理的基础上，开发新的界面调节材料和工艺方法。
（3）高强度焊接研究：针对铝-钢异种金属的高强度焊接需求，需要研究更高效、更稳定的工艺及材料组合。
总之，铝-钢异种金属搅拌摩擦焊是目前一个富有挑战的问题，但其优越性是显而易见的。
在未来的研究中，应不断深入探索其机理，提高其焊接强度、耐久性和适用范围，从而更好地实现铝-钢异种金属的高效连接。
《Mg-Al异种合金揽拌摩擦焊接头的组织与性能研究》范文
《Mg-Al异种合金揽拌摩擦焊接头的组织与性能研究》篇一Mg-Al异种合金揽拌摩擦焊接头的组织与性能研究一、引言随着现代工业的快速发展，异种合金的焊接技术在汽车制造、航空航天等重要领域的应用日益广泛。
特别是镁（Mg）和铝（Al）两种轻质合金的焊接，因其具有优异的物理和机械性能，受到了广泛关注。
本文旨在研究Mg/Al异种合金揽拌摩擦焊接头的组织与性能，为实际应用提供理论依据。
二、实验材料与方法1. 材料选择本实验选用的材料为Mg合金和Al合金，具有不同的成分和物理性能。
2. 焊接方法采用揽拌摩擦焊技术对Mg/Al异种合金进行焊接。
该技术通过摩擦热和压力使两种金属材料在界面处达到冶金结合。
3. 实验过程详细描述实验过程，包括焊接参数的设置、操作步骤等。
三、焊接接头的组织结构1. 宏观结构通过金相显微镜观察焊接接头的宏观结构，包括焊缝、热影响区和母材等部分。
2. 微观结构利用扫描电子显微镜（SEM）和高分辨率透射电子显微镜（HRTEM）观察焊接接头的微观结构，包括晶粒形态、相组成等。
3. 相组成与分布通过X射线衍射（XRD）技术分析焊接接头中各相的组成及分布情况。
四、焊接接头的性能研究1. 力学性能通过拉伸试验、硬度测试等方法，评估焊接接头的力学性能，包括抗拉强度、屈服强度和延伸率等。
2. 耐腐蚀性能通过浸泡试验、电化学测试等方法，研究焊接接头的耐腐蚀性能。
3. 热稳定性通过高温暴露试验，研究焊接接头在高温环境下的热稳定性。
五、结果与讨论1. 组织结构分析结果详细描述实验中观察到的组织结构特点，包括晶粒形态、相组成及分布等。
2. 性能研究结果对力学性能、耐腐蚀性能和热稳定性进行定量分析，并与其他焊接方法进行比较。
3. 讨论与解释结合实验结果，分析Mg/Al异种合金揽拌摩擦焊接头的组织与性能特点，探讨其影响因素及作用机制。
六、结论与展望1. 结论总结总结本文的研究成果，包括组织结构特点、性能优势等。
2. 存在的问题与改进建议指出研究中存在的问题和不足，提出改进建议和进一步的研究方向。
铝合金车体搅拌摩擦焊技术应用现状及发展趋势
铝合金车体搅拌摩擦焊技术应用现状及发展
趋势
铝合金车体搅拌摩擦焊（FSW）技术是一种无焊接材料熔化的焊接技术，具有轻质化、高强度、低成本、环保等优点，因此在汽车制造行业得到了广泛的应用。
目前，铝合金车体搅拌摩擦焊技术已经在欧美等发达国家被广泛应用，而在中国也开始逐渐普及。
值得注意的是，在我国，铝合金车体搅拌摩擦焊技术仍面临一些挑战，如技术瓶颈、设备资金、技术人才缺乏等问题。
因此，需要进一步加强科研攻关和技术研发，提高技术水平和产业化水平，以满足市场需求。
随着5G、工业互联网等新技术的兴起，铝合金车体搅拌摩擦焊技术也将向着智能化、自动化、高效化等方向发展。
预计未来，该技术将继续得到广泛应用，成为汽车制造行业的新兴焊接技术之一。
总之，铝合金车体搅拌摩擦焊技术是未来车身轻量化、高效化的重要技术之一，未来有望在汽车制造产业中发挥越来越重要的作用。
铝合金搅拌摩擦焊接头微观组织及性能研究的开题报告
铝合金搅拌摩擦焊接头微观组织及性能研究的开题报告一、研究背景与意义铝合金因其高比强度、良好的耐腐蚀性、良好的导电性和热导性及易加工及再生性等优良性能，在航空、航天、汽车、电子、建筑等众多领域得到广泛的应用。
对于铝合金的焊接过程，传统的方法包括电弧焊、气体保护焊、激光焊、准分子焊等，但这些方法存在的问题包括焊缝质量不佳、焊接过程中产生严重的氧化和气孔问题、成本较高、生产周期长等问题。
摩擦焊是一种新型的焊接方法，与传统的热力焊相比，在焊接过程中不会产生热量，因此不会引起裂纹和变形等问题。
目前，铝合金的搅拌摩擦焊接技术已经得到了广泛的应用，并在提升铝合金的焊接性能方面已经取得了显著的效果。
对于铝合金搅拌摩擦焊接头的微观组织及性能研究，对于铝合金的焊接工艺和性能的提升具有重要的意义。
二、研究内容1. 铝合金搅拌摩擦焊接头的制备：选用适当的搅拌和摩擦参数，制备铝合金搅拌摩擦焊接头。
2. 微观组织分析：采用金相显微镜等手段研究铝合金搅拌摩擦焊接头的微观组织情况，分析焊接头中的晶粒尺寸、晶界、晶格畸变等因素对于焊接头性能的影响。
3. 焊接性能测试：对焊接头进行力学性能测试，包括拉伸强度、屈服强度、断裂伸长率等指标，评估焊接头的力学性能。
4. 微观分析焊接头断口：通过扫描电子显微镜等手段分析焊接头的断口形貌，评估焊接过程中的破坏机理。
三、研究方法和技术路线1. 制备铝合金搅拌摩擦焊接头：选用合适的铝合金材料，通过调整搅拌参数和摩擦力，制备铝合金搅拌摩擦焊接头。
2. 微观组织分析：通过金相显微镜、透射电镜等材料分析手段对铝合金搅拌摩擦焊接头中的微观组织进行观察和分析。
3. 焊接性能测试：采用万能材料试验机等测试设备对焊接头进行拉伸等力学性能测试。
4. 微观分析焊接头断口：通过扫描电子显微镜等手段对焊接头的断口形貌进行观察和分析。
四、预期成果通过铝合金搅拌摩擦焊接头微观组织及性能研究，预期可以得到以下成果：1. 探究搅拌和摩擦参数对铝合金搅拌摩擦焊接头微观结构的影响；2. 从微观角度解析铝合金搅拌摩擦焊接头的机制及其机理；3. 评估铝合金搅拌摩擦焊接头的力学性能，为制定铝合金搅拌摩擦焊接头的相关标准提供科学依据。
铝合金搅拌摩擦焊
1自然时效 室温放置96h，
2人工时效185~195℃保温 6~12小时，空冷
分级时效：
第一步：100~130℃保温1-4h, 形成GP区 第二步：185~195℃时效8-9h，析出沉淀相
分级时效的优点：
先在一个较低的温度获得 高浓度 G.P. 区，然后再较高的温 度下获得 均匀的沉淀相， 提高组织的均匀性。
参考文献
[1]李生朋. 铝合金薄板搅拌摩擦焊焊接变形机理与控制 [D]. 中南大学, 2011.
[2]李兵 . 6063铝合金薄板搅拌摩擦焊接工艺及机理的研究 [D].东北大学, 2009. [3]胡尊艳. 焊后时效对6061-T6铝合金搅拌摩擦焊接头组织 和性能的影响[D].北京交通大学, 2008.
热影响区 : 温度不足以使沉淀相溶解，沉淀相发生粗 化。 热机械影响区：温度达到固溶温度，部分沉淀相粗化， 部分溶解，在后续的冷却过程中有少量细小沉淀析出 中心
焊核区：沉淀相完全溶解， 冷却过程中，沉淀相优 先在位错和晶界处析出，分布不均匀
五、解决方案
焊缝后续热处理 一 二 三 350~370℃保温30到120min 去应力退火 固溶处理 ：加热到490~505℃， 然后水冷。 时效 ：
[4]周德生. 铝合金搅拌摩擦焊构件时效成形研究[D]. 南昌 航空大学, 2011.
[5]王海艳. 6061铝合金搅拌摩擦焊接头组织和性能研究 [D]. 华南理工大学, 2010.
一、背景介绍
铝合金焊接性:
1、焊接变形 2、焊接裂纹问题 3、焊接接头软化 4、气孔
与传统熔化焊接方法相比，搅拌摩擦焊具有接头宏观形 貌良好、焊后残余应力和变形较小、焊缝性能良好；焊接 时无烟尘、无辐射；焊接过程中不需焊丝填充、不需气体 保护，比较节省成本，最大程度上缓解了因热输入过大导 致的铝合金焊接接头发生的“软化”及裂纹、气孔等严重 缺陷，因此搅拌摩擦焊特别适合于铝合金的连接。
铝-钢异种金属搅拌摩擦焊研究
铝-钢异种金属搅拌摩擦焊研究
铝-钢异种金属搅拌摩擦焊是一种新型的焊接方法，其基本原理是利用摩擦热和塑性形变使铝和钢接头之间发生了材料的混合和锚杆结合，从而实现铝-钢异种金属的焊接。
此种焊接方法优点很多，如材料节约、工艺简单、焊接效率高、焊接接头质量高等，因此受到广泛关注和应用。
目前，针对铝-钢异种金属搅拌摩擦焊技术的研究也日益深入。
在工艺参数研究方面，研究者们发现，由于铝和钢的材料特性不同，所以需要进行不同的搅拌摩擦焊接头参数调整。
同时，还需要对摩擦过程中的温度、力量、速度等影响因素进行精细调整，以保证焊接接头的组织和力学性能符合要求。
在接头组织研究方面，晶界迁移、碰撞、扭转等过程深入研究和理解，连接接头的质量也得到了显著的提高。
此外，人们发现，通过预热、多次搅拌摩擦焊接等方法，可以处理接头中产生的变形和残余应力，从而进一步提高接头的品质。
总之，铝-钢异种金属搅拌摩擦焊具有广泛的应用前景，它广泛应用于汽车制造、航空航天、电子制造等领域。
但是，在未来的研究中，研究者们需要进一步深入地探究其焊接接头微观结构和物理性能的变化机理，提高其焊接质量和生产效率。
异种材料搅拌摩擦焊研究现状及发展状况展趋势
异种材料搅拌摩擦焊研究现状及发展状况展趋势目录1、搅拌摩擦焊的定义2、异种材料搅拌摩擦焊的发展3、异种材料搅拌摩擦焊方法4、异种材料搅拌摩擦焊的特点5、异种材料搅拌摩擦焊的焊接接头性能6、异种材料搅拌摩擦焊的应用结束语摘要：近年来，国内外对异种金属搅拌摩擦焊的研究现状进行了总结。
重点对异种材料搅拌摩擦焊的特点、应用及其组织演化特征进行归纳和分析。
异种材料连接结构具有两种材料综合的优异性能，随着异种材料连接结构应用前景的不断扩大,采用搅拌摩擦焊接技术的优势是生产效率高、焊接变形小、成本低、质量好等。
但是,异种材料的搅拌摩擦焊技术存在一个突出的问题就是接头中存在金属间化合物,这会对其力学性能产生十分不利的影响。
因此,在进行异种材料的搅拌摩擦焊时,对金属间化合物的形貌及分布状态的控制是获得优良焊接接头的关键所在。
关键词：搅拌摩擦焊、异种材料、固相连接、摩擦热、新型连接方法。
1、搅拌摩擦焊的定义摩擦焊是利用工件端面相互运动、相互摩擦所产生的热，使端部达到热塑性状态，然后迅速顶锻，完成焊接的一种方法。
摩擦焊可以方便地连接同种或异种材料，包括金属、部分金属基复合材料、陶瓷及塑料。
摩擦焊方法在制造业中已应用40多年了，由于其生产率高、质量好获得了广泛的工程应用，但焊接的对象主要是回转形零件，虽然也有其它形式的摩擦焊技术出现，以克服被焊工件几何形状的限制或提高生产率，如相位摩擦焊、径向摩擦焊、线性摩擦焊等，但实际应用很少。
最近还出现了摩擦堆焊，在工件上形成特殊性能的表面层。
搅拌摩擦焊（Friction Stir Welding）是英国焊接研究所TWI（The Welding Institute）提出的专利焊接技术，该技术首先在焊接铝与铅异种金属获得成功。
该技术原理简单,控制参数少,可以将焊接过程中的人为因素降到最低。
由于其能够高效地利用能源，FSW这一绿色焊接技术被誉为近几年来在金属连接领域中最显著的发现。
2、异种材料搅拌摩擦焊的发展异种材料搅拌摩擦焊作为一种新型的搅拌摩擦焊接方法，在有色金属等材料的连接中具有广阔的应用前景。
异种钢焊接时存在的主要问题有
异种钢焊接时存在的主要问题有一、背景介绍异种钢焊接是指在钢结构建筑中，不同类型的钢材进行焊接连接。
在现代建筑和制造业中，异种钢焊接被广泛应用于桥梁、大型设备和管道等领域。
然而，在实际操作中，我们经常会遇到一些问题和挑战。
本文将讨论异种钢焊接时存在的主要问题，并提出相应的解决方案。
二、不同材质之间的热膨胀系数差异1.问题描述由于不同材质具有不同的热膨胀系数，当它们被焊接在一起时，温度变化会导致组件的形变和应力集聚。
2.解决方案为了减少因热膨胀引起的应力，可以采取以下措施：- 按照设计要求选择合适的预留量：根据设计规范和使用条件，合理计算并设置预留量，以允许材料发生适当的膨胀和收缩。
- 采用缓冲层或垫片：在不同材质之间添加缓冲层或垫片可以补偿其热膨胀系数差异，减少应力集聚。
- 控制焊接温度和速度：通过控制焊接过程中的温度和速度，可以减小组件的形变幅度和应力。
三、不同材质之间的化学反应1.问题描述当不同材质之间发生焊接时，可能会出现化学反应。
这些反应可能导致焊缝区域的脆性、裂纹等问题。
2.解决方案为了避免化学反应对焊接质量造成的影响，可以采取以下措施：- 预先识别材料之间的化学反应：通过实验和分析，预先确定不同材质之间可能发生的化学反应。
根据测试结果选择合适的焊接方法和辅助材料。
- 使用合适的填充材料：选择与基材相容性好、能够抵御化学反应的填充材料。
这样可以在一定程度上防止异种钢焊接时出现脆性裂纹等问题。
四、强度不匹配引起的弱点问题1.问题描述由于不同钢材具有不同的力学性能，异种钢焊接会产生强度不匹配问题，从而导致焊接弱点区域。
2.解决方案为了解决强度不匹配引起的问题，可以考虑以下措施：- 采用过渡材料或复合材料：在异种钢焊接区域使用能够兼顾不同材质特性的过渡材料或复合材料，以提高焊缝的强度和韧性。
- 优化焊接工艺参数：通过优化焊接工艺参数，如焊接电流、速度等，可以减小强度差异对焊缝造成的影响。
五、其他问题与解决方法除了上述主要问题外，异种钢焊接中还可能遇到以下问题，并提出相应的解决方法：1. 气孔问题：采用合适的气体保护措施和操作技术，如增加惰性气体保护、减小氧气含量等。
铝合金薄板的搅拌摩擦焊工艺及性能的研究的开题报告
铝合金薄板的搅拌摩擦焊工艺及性能的研究的开题
报告
一、研究背景及意义
铝合金材料具有良好的机械性能、耐腐蚀性和导热性，已广泛应用
于航空、汽车、电子等领域。
而对于一些轻量化要求较高的产品，如飞机、汽车等，更需采用铝合金薄板进行制造，以减少重量。
然而，传统
的铝合金薄板焊接方法存在诸多问题，如裂纹、变形等，影响产品质量。
因此，寻找新的铝合金薄板焊接技术已成为研究热点。
搅拌摩擦焊是一种适用于铝合金薄板焊接的新技术，通过机械搅拌
和热力作用，将两个铝合金薄板接合在一起，不需要添加任何填充材料，焊接接头强度高、无明显变形、裂纹等缺陷。
因此，研究铝合金薄板搅
拌摩擦焊的工艺及性能，对于提高产品质量、减少生产成本，具有重要
的现实意义。
二、研究内容及方案
本文将从铝合金薄板搅拌摩擦焊的工艺角度出发，探究其合适的工
艺参数，包括转速、搅拌头形状、压力等对焊接质量的影响，通过实验
方法考察不同参数组合下焊接接头的强度、变形、裂纹等性能指标。
同时，对于焊接接头的微观结构等进行显微镜等测试与分析，以深入了解
铝合金薄板搅拌摩擦焊的机理和性能，并对其工程应用提供依据。
三、研究预期
通过对铝合金薄板搅拌摩擦焊工艺的研究，可望在焊接质量、生产
效率、产品质量等方面取得优异的表现，为铝合金薄板的生产提供科学
依据和技术支持。
同时，可望为当前和未来的铝合金薄板焊接技术的研
究提供有益的参考和借鉴。
铝钢异质金属搅拌摩擦焊技术研究进展
铝钢异质金属搅拌摩擦焊技术研究进展0 序言发展节能与新能源汽车是降低汽车燃料消耗量，改善大气环境，促进汽车产业技术进步和优化升级的重要举措。
汽车的车身轻量化制造技术近年来一直是汽车制造业的研究热点，汽车整体质量每降低10%，可使油耗降低6%～8%，并减少10%的有害气体排放[1]。
大众奥迪A8型轿车车身大量采用铝/钢异质金属复合结构，比纯钢体车身质量轻43%，很大程度的提高了燃油效率。
在航空航天、轨道交通等领域，为了节约能源、减轻重量、降低成本、满足不同的工作条件要求，异种材料的焊接技术和异质金属复合结构件日益受到重视。
美国Delta Ⅳ火箭贮箱制造、日本H2B火箭推进剂贮箱等均涉及到铝合金/钢异质金属连接[2]。
用铝合金代替钢可减轻结构件重量，铝/钢异质金属复合结构能够满足结构性能和轻量化设计的双重技术要求，但其焊接技术作为轻量化设计中的关键问题仍没有得到有效的解决。
铝/钢的物理参数、晶格参数、组织结构相差甚远，致使铝/钢异质金属连接的难度较大。
铝/钢异质金属的连接存在以下四个方面的难点[1]：①钢和铝合金两者之间的固溶度较低，常温下铁在铝中的固溶度几乎为零，在225～600 ℃时，铁在铝中的固溶极限为0.01%～0.022%，铝合金和钢之间热物理性能的差异大；②熔化焊时界面易生成脆硬相的FeAl2,FeAl3和Fe2Al5等金属间化合物，会直接降低接头的使用性能；③铝合金在高温作用下，表面容易形成难熔的Al2O3氧化膜，使得焊缝产生夹渣现象；④液态铝合金在普通钢板表面的润湿铺展性能差。
目前常用的焊接方法如低能量输入熔焊、钎焊等都会形成较厚的金属间化合物，影响接头的使用寿命。
因此，需要开发新方法来实现铝/钢异质金属连接的快速发展。
近年来，国内外学者对铝/钢异质金属的连接开展了系列探索，涉及电弧熔钎焊、激光焊、电子束焊接、扩散焊、电阻点焊、搅拌摩擦焊等[3-6]，以期获得高效节能、可靠、低成本的焊接方法。
铝方面航空用高强度铝合金之异材摩擦搅拌焊接研究.ppt
攪拌區(Stir Zone, STZ)
2 mm
熱機影響區(Thermo-Mechanically Affected Zone, TMAZ)
熱影響區(Heat Affect Zone, HAZ)
母材(Base Metal, BM)
7
BM金相組織(OM)
(a) AA2024-T3(推進邊) 長條狀晶粒組織
不明顯的分界線 微量再結晶出現
(c) 走速 3 mm/s
13
銲道形貌
AA2024-T3 推進邊STZ (6.ຫໍສະໝຸດ mm)上層 中層下層
STZ之寬度約6.5mm
Kumar指出STZ之寬度會受軸向負荷之影響 軸向負荷↑ STZ之寬度↑
AA7075-T6 退出邊
14
STZ金相組織
4.8μm
4.5μm
TMAZ
STZ
TMAZ
STZ
(a) 走速1.75 mm/s
TMAZ
STZ
(b) 走速2.4 mm/s
明顯的分界線 走速↑
晶粒呈現彎曲現象
(c) 走速3.0 mm/s
12
AA7075-T6(退出邊)之TMAZ金相組織
STZ
TMAZ
STZ
TMAZ
(a) 走速 1.75 mm/s
STZ
TMAZ
(b) 走速 2.4 mm/s
19
不同走速下之STZ平均硬度
平均硬度 (HV0.2)
180
160
V=2.4 mm/s
146.3
V=1.75 mm/s
137.1
140
V=3.0 mm/s 151.7
120
100
走速↑ 入熱量↓ 晶粒大小↓ 硬度↑
钢铝异种金属搅拌摩擦焊背景及问题
钢与铝焊接存在的主要问题
1.钢的熔点比铝的高，焊接过程中，铝完全熔化为液态时，钢仍处于固 态，且两者密度相差很大，液态铝浮在钢表面上，冷却结晶后焊缝成分 不均匀； 2.焊接过程中，铝母材表面形成难熔的Al2O3氧化膜，阻碍液态金属 的结合，并且容易产生夹渣； 3.热导率、线膨胀系数相差很大，焊后接头变形严重，并且存在有很 大的残余应力，易产生裂纹； 4.铁在铝中固溶度几乎为零，且铁与铝可以产生多种硬而脆的金 属间化合物，如FeAl，FeAl2，FeAl3，Fe2Al5，Fe2Al7及Fe4Al3等， 增加了焊接接头的脆性，降低了其塑性和韧性。
但是陶瓷材料价格昂贵，且供应源不足，故采用焊接前预热钢板的方法，
以降低钢板的硬度，提高搅拌头的使用寿命，节约成本。
搅拌摩擦焊的优点
1.搅拌摩擦焊是一种固相连接技术，焊前不需要开坡口，节省工时； 2.焊接过程中不需要保护气，也不需要填充材料 3.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
4.焊接过程中无飞溅、无弧光、无辐射，是一种绿色焊接技术
5.焊接效率高、能耗低，是一种高效焊接技术
焊接速度
下压力
搅拌头的类型
搅拌针的发展过程：光面圆柱体 大沟槽螺纹 普通圆柱螺纹 其他更复杂的形状 锥形螺纹
圆锥螺纹型搅拌头
带螺旋槽的搅拌头
钢/铝搅拌摩擦焊的背景
基于搅拌摩擦焊的优点 1.焊接接头力学性能好、焊后变形小、残余应力小、焊接成本低、效 率高及适用范围广等特点。
基于钢/铝焊接件的使用需求 2.铝合金密度低、耐蚀性好、可焊接加工；钢铁材料资源丰富，稳 定性好；钢/铝焊接件可使交通运输工具轻量化，具有很好的经济效 益。
搅拌摩擦焊的应用领域
铝钢异种金属焊接研究现状
铝钢异种金属焊接研究现状摘要：随着经济和科技的快速发展，铝及其合金具有密度小、比强度高、能显著降低结构的重量，而钢铁合金具有强度高，塑韧性较好、价格便宜、可加工性好的特性，广泛应用于机械加工制造。
因此，采用“铝+钢”复合结构可以充分发挥铝钢各自优势，提高结构强度，减轻结构质量，是实现汽车轻量化的有效途径之一。
铝／钢异种金属焊接是制备铝／钢复合结构的关键加工制造工艺，常规的铆接、螺栓连接等机械连接方法虽然可以实现铝／钢的连接，但存在气密性差、减重效果差等缺点，因此难以满足航空航天等行业对铝／钢复合结构的要求，需要合适的焊接工艺实现铝／钢异种金属高强度、可靠连接。
关键词：铝／钢异种金属；旋转摩擦焊；焊接工艺引言铝和钢之间的焊接问题都是难点，但是铝及铝合金应用非常广泛，人们越来越关注铝与钢的连接问题。
首先介绍了钢铝异种金属的焊接性问题，然后介绍了当前存在的集中焊接方式，各有利弊，有些焊接研究还不够深入，需要广大学者进一步努力，推动异种金属焊接技术的不断进步。
1铝／钢异种金属焊接性分析铝与铁的物理性能差异较大，使得了铝／钢异种金属熔化焊接性很差：①铝的熔点和密度比钢低，这导致铝先比钢熔化，当钢熔化时，液态铝浮在钢表面，结晶后焊缝成分不均匀，难以获得高质量的接头；而且在焊接过程中，铝易氧化形成薄膜，使液态铝在钢表面的润湿能力降低，产生夹渣等缺陷，降低接头质量；②铝的热导率、线膨胀系数、弹性模量分别约为铁的３倍、２倍和０．３３倍，相差较大，会使接头严重变形，并在内部产生较大的残余应力，易产生裂纹。
因此，铝／钢采用传统的熔化焊接时会产生大量脆硬的金属间化合物，难以获得优质的接头，但因铝／钢复合结构能够满足某些特定的使用要求，有着广泛的应用前景，引起了国内外研究者的广泛关注。
摩擦焊作为一种固态连接工艺，热输入低，在异种材料连接方面有着其它焊接工艺难以取代的优势。
近些年来，国内外学者针对铝／钢摩擦焊展开了较多的研究。
铝合金搅拌摩擦焊搭接接头焊缝组织及性能研究的开题报告
铝合金搅拌摩擦焊搭接接头焊缝组织及性能研究的开题报告一、选题背景随着国家经济的快速发展和工业化进程的加快，铝合金作为重要的结构材料应用越来越广泛。
传统的焊接工艺，如气焊、电弧焊等，在铝合金焊接中存在着焊接变形大、成本高、效率低以及对操作人员技术水平要求较高等问题，不能完全满足目前工业对高效率、高质量、低成本的生产需求。
而摩擦焊作为一种新型的焊接技术，其焊接过程无熔化现象，具有焊接变形小、焊缝质量高、无气孔、高生产效率、易自动化等优点，已成为铝合金焊接领域的一项热门研究课题。
目前，针对铝合金摩擦焊接技术的研究已有较大的进展。
然而，搭接接头作为一种常见的铝合金连接方式，其焊接研究相对较少。
因此，本文选取铝合金搅拌摩擦焊搭接接头作为研究对象，对其焊缝组织及性能进行深入研究。
二、研究内容本文旨在研究铝合金搅拌摩擦焊搭接接头的组织特征及其影响因素，并对焊接接头的力学性能进行测试和分析，从而探究焊接工艺参数对铝合金搅拌摩擦焊搭接接头焊缝组织及性能的影响。
具体的研究内容如下：1. 研究搭接接头的焊接工艺参数及其对焊接接头性能的影响；2. 观察焊接接头的显微组织形貌，分析不同工艺参数对焊缝组织形貌的影响；3. 测试焊缝的力学性能，包括拉伸强度、剪切强度等；4. 对测试数据进行统计分析，并做相关结论和分析。
三、研究意义1. 深入研究铝合金搅拌摩擦焊研究领域，探寻新型材料焊接技术。
2. 对铝合金搅拌摩擦焊搭接接头焊缝组织及性能的研究可以为相关行业的生产提供技术支撑，并促进相关行业的科技进步和经济发展。
3. 可以为未来的焊接研究提供基础数据和思路，并为工程实践提供参考和借鉴。
四、研究方法本文将采用实验和理论相结合的方法，通过搭接接头的焊接实验，观察焊缝组织形态。
然后，选取合适的力学测试设备，测试焊缝的拉伸、剪切等力学性能。
最后，对实验结果进行数据处理和统计分析，并结合现有理论，得出结论。
五、研究进度安排1. 前期准备工作（时间：一个月）包括相关文献资料搜集、实验设备准备、重点工艺参数锁定、实验方案设计等。
铝钢异种金属焊接
பைடு நூலகம்、钢与铝及铝合金的焊接
由于铝及铝合金的密 度小、比强度高、具 有良好的导电性、导 热性和耐腐蚀性，因 此，近年来采用铝-钢 双金属焊接结构的产 品越来越多，并在航 空、造船、石油化工、 原子能和车辆制造工 业中显示出独特的优 势和良好的经济效益。
3、1
焊接性分析
铝和铁的物理性能相差很大，焊接过程中铝与钢的接 头处会产生很大的热应力，增加裂纹倾向。 铝相对密度2.70，弹性模量70Gpa，泊松比0.33。熔 点660℃。沸点2327℃。
采用冷压焊焊接钢与铝及其合金，有两种焊接工艺： 一种是在Al+Al3Fe的共晶温度以上焊接；另一种是先 在钢件上涂敷Cu、Ag或Zn，然后再进行冷压焊。采 用第一种工艺时，加热温度可控制在654~660℃，这 时铝还处于固态下，而共晶体已成为液态。采用第二 种工艺时，先在钢件上涂敷铜，然后在654~660℃下 铜与铝接触时，产生Cu-Al共晶液相而形成接头。由 于Ag比Cu不易氧化，也可渡Ag，使Ag-Al固溶体与 Fe-Al固溶体形成共晶点为585℃的共晶液相，使共晶 温度大大低于铝的熔点。
2、异种材料焊接难点
1）、异种材料的线膨胀系数不同，容易产生热应力， 而且这种热应力不易消除，结果会使接头处产生裂纹 或大的焊接变形。 2）、异种材料焊接过程中，由于金相组织的变化以及 新生成的物相结构或化合物，可使焊接接头的性能恶 化，给焊接带来困难。 3）、异种材料焊接熔合区和热影响区的力学性能较差， 特别是塑性和韧性明显下降。 4）、由于接头塑韧性的下降以及焊接应力的存在，异 种材料焊接接头容易产生裂纹，尤其是焊接熔合区和 热影响区更容易产生裂纹，甚至发生断裂。
谢谢大家
铝-钢异种金属搅拌摩擦焊研究
铝-钢异种金属搅拌摩擦焊研究摘要：搅拌摩擦焊是一种新型的固相方法，在异种材料连接方面有广阔的应用前景。
本文从搅拌摩擦的工艺、性能及组织三方面分别介绍了铝-钢搅拌摩擦焊的研究进展，为其深入研究提供了依据。
采用搅拌摩擦焊，异种金属铝-钢可以实现连接，但工艺参数选择范围较小，钢置于前进边时,铝-钢更易连接。
由于铝-钢物理性能的差异，二者流动状态不同，焊核两侧呈现不同结构，接头的力学性能由于脆性金属间化合物的存在而降低。
通过改变热输入或添加第三组元等微量元素的办法可以改善接头的力学性能。
前言在航空航天、交通运输、船舶制造等工业中，为了减轻重量、节约能源、降低成本、满足不同的工作条件, 异种材料的焊接技术日益受到人们的重视[1]。
利用铝及铝合金密度小（大约是钢的1/3），耐腐蚀性、导热率和导电性好的优势，用铝合金代替钢可以减轻结构件的重量，在重型装备轻量化方面具有良好应用前景，然而如何解决铝-钢异种材料间的连接是决定其安全使用的关键问题。
目前，铝-钢的主要连接方法有熔焊中的爆炸焊[2]、焊[3]、熔钎焊[4], 还有固相连接的摩擦焊[5]。
通常爆炸焊接只适用于铝-钢复合板。
采用激光焊和熔-钎焊时，由于铝和钢的熔点、导热性能差异很大，在接头过渡区容易形成多种脆性的金属间化合物，无法获得高质量的接头。
旋转摩擦焊焊接铝-钢又只适用于柱形材料，接头受限制。
以上各种方法都难以保证制备出质量良好的铝-钢焊接接头，限制了其大规模应用。
搅拌摩擦焊（friction stir welding, FSW）是一种新型的固相连接方法，具有高效、环保、热变形和残余应力小等综合优点[6]。
它是利用搅拌头和工件之间的摩擦热，一般低于母材的熔点，因此焊接过程中工件没有熔化，与传统的焊接方法相比，能够有效避免气孔、裂纹等组织缺陷。
此外，搅拌摩擦焊基本不受材料物理化学性能、机械性能及晶体结构等因素的影响，对克服不同材料性能差异带来的焊接困难具有极大的优势[7]，因此在异种金属连接中具有广阔前景，相关机理研究也越来越受到重视。
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但是陶瓷材料价格昂贵，且供应源不足，故采用焊接前预热钢板的方法，
以降低钢板的硬度，提高搅拌头的使用寿命，节约成本。
钢与铝焊接存在的主要问题
1.钢的熔点比铝的高，焊接过程中，铝完全熔化为液态时，钢仍处于固 态，且两者密度相差很大，液态铝浮在钢表面上，冷却结晶后焊缝成分 不均匀； 2.焊接过程中，铝母材表面形成难熔的Al2O3氧化膜，阻碍液态金属 的结合，并且容易产生夹渣； 3.热导率、线膨胀系数相差很大，焊后接头变形严重，并且存在有很 大的残余应力，易产生裂纹； 4.铁在铝中固溶度几乎为零，且铁与铝可以产生多种硬而脆的金 属间化合物，如FeAl，FeAl2，FeAl3，Fe2Al5，Fe2Al7及Fe4Al3等， 增加了焊接接头的脆性，降低了其塑性和韧性。
搅拌摩擦焊的应用领域
航天 飞机机翼、机身、蒙皮、密封仓、口盖、地板、仪器舱、航空器油箱、雷达 冷板等结构中得到应用 。 船舶
甲板、壁板、隔板等板材的拼焊、铝挤压件的焊接、船体和加强件的焊接、 直升机降落平台的焊接等
交通运输工具 引擎、底盘和车身支架、汽车轮毂、液压成型管附件、车门预成型件、车体空间 框架、卡车车体、载货车的尾部升降平台、汽车起重器、装甲车的防护甲板、汽 车燃料箱 。 核工业 在核工业领域中单片式燃料元件制造、核废料铜桶封装 方面有一定的发展和研究， 但仍处于不成熟阶段。
影响搅拌摩擦焊的因素
搅拌针的材料 材料决定了摩擦加热的速率、搅拌针的强度和焊接温度；
搅拌头的结构
搅拌针的形状决定了加热、塑性流动和塑化材料被顶锻的模 式；其尺寸决定了焊缝的尺寸、焊接速度。
搅拌头的旋转速度
转速较低时，摩擦热不够，不足以形成塑性流动层，不能 实现固相连接；转速过高时，会使材料温度超过熔点； 焊接速度过小时，产生热量使温度过高，会使金属因过热而 出现疏松，产生液化裂纹；焊速过大时，产热不足以使金属 达到塑化状态； 压力不足时，容易形成孔洞；压力过大时，易出现飞边、毛 刺等缺陷；
钢 与 铝 焊 接 的 方 法
钎焊
摩擦焊
电弧熔-钎焊 搅拌摩擦钎焊(FSB) 激光焊及磁脉冲焊 激光-电弧复合热源焊接
电弧焊
扩散焊 爆炸焊
钢与铝激光加热辅助搅拌摩擦焊接原理图
采用激光预热钢板
钢的熔点高、硬度大； 采用一般的材料作为搅拌头，磨损快、寿命低，故搅拌头需采用耐磨
耐高温的材料，如陶瓷、WC等材料。
焊接速度
下压力
搅拌头的类型
搅拌针的发展过程：光面圆柱体 大沟槽螺纹 普通圆柱螺纹 其他更复杂的形状 锥形螺纹
圆锥螺纹型搅拌头
带螺旋槽的搅拌头
钢/铝搅拌摩擦焊的背景
基于搅拌摩擦焊的优点 1.焊接接头力学性能好、焊后变形小、残余应力小、焊接成本低、效 率高及适用范围广等特点。
基于钢/铝焊接件的使用需求 2.铝合金密度低、耐蚀性好、可焊接加工；钢铁材料资源丰富，稳 定性好；钢/铝焊接件可使交通运输工具轻量化，具有很好的经济效 益。
搅拌摩擦焊的原理
搅拌摩擦焊（Friction Stir Welding，简称FSW）是一种固相焊接新技术， 是英国焊接研究所（The Welding Institute，简称TWI）于1991年发明的。 搅拌摩擦焊共分四个阶段：旋转、插入、焊接以及离开；
搅拌摩擦焊原理 利用肩台和搅拌头与工件间的摩擦热使 接合面处的金属塑性化并在搅拌头和肩 台的共同牵引、搅动作用下向后流动、 填充形成固相焊缝的过程。
搅拌摩擦焊的优点
1.搅拌摩擦焊是一种固相连接技术，焊前不需要开坡口，节省工时； 2.焊接过程中不需要保护气，也不需要填充材料 3.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
4.焊接过程中无飞溅、无弧光、无辐射，是一种绿色