钢铝异种金属搅拌摩擦焊背景及问题
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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，是一种绿色焊接技术
5.焊接效率高、能耗低，是一种高效焊接技术
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。
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。
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。
焊接速度
Leabharlann Baidu
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。
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（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，是一种绿色焊接技术
5.焊接效率高、能耗低，是一种高效焊接技术
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。
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。
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。
焊接速度
Leabharlann Baidu
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。
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。