搅拌摩擦焊接头形成过程分析
搅拌摩擦焊连接实验报告
1、首先将铝合金进行清洗去除表面的油污，然后进行搅拌摩擦焊接；
2、在焊好的试件上切片，制备金相组织观察试样；
3、将已制备好的试片在显微镜下进行观察与分析，分清焊接接头各区域后，仔细辨认各区组织的特征。
五、实验结果的整理和分析
搅拌头旋转速度：1200r/min
工件进给速度：300mm/min
分析铝合金搅拌摩擦焊接头各区域组织变化的特征，说明各组织的形成机理及对焊接接头性能的影响。
实验分析：:选择了适合于6061-T4铝合金板材搅拌摩擦焊的工艺参数:焊接时搅拌头旋转速度为1200 r.min-1,工件的进给速度为300 mm.min-1,在此参数下获得了与母材等强度、韧性接近于母材的焊接接头,FSW板材接头焊核区的组织和性能明显优于其他区,热影响区是接头最薄弱的部分,焊核区的硬度最高,而热影响区的硬度最低,焊缝金属发生回复再结晶使晶粒细化。断口分析表明,断裂发生在热影响区,由于搅拌头的旋转运动和热量的累积,该区存在晶粒长大、组织粗化现象。对工艺参数的优化实验表明,搅拌头旋转速度与焊接速度对接头性能的影响存在一定的适配关系,通过工艺参数的调整可以有效地控制热影响区的焊缝组织和改善焊接接头的性能。细晶强化是搅拌摩擦焊接头强度与韧性提高的主要原因。
搅拌摩擦焊连接实验报告
一、实验目的
1、了解在搅拌摩擦焊过程中，材料在热-机械力作用下形成牢固连接的基本原理，掌握基本实验技能。
2、了解搅拌摩擦焊接头各区域的组织及性能特点。
二、实验装置与实验材料
1
由铣床自行改造的搅拌摩擦焊机
1台
2
不同结构的搅拌头
各2个
3
δ= 3mm及δ=6mm铝合金试板（60×120）
各40块
搅拌摩擦焊原理
搅拌摩擦焊原理
搅拌摩擦焊( Friction Stir Welding,W)是利用摩擦产生的热量实现板材连固态连接技术，由英国焊接研究所(TW1)于1991发明。
这种方法打破了原来限于圆形断面材料焊接的概念，对于铝合金、镁合金、铜及其合金、钛合金、钢以种材料的焊接，均可获得性能优良的焊接接头。
搅拌摩擦焊技术发明至今，已经发铝合金结构制造中可以替代熔焊技术的工业化实用的固相连接技术，在航空航天速舰船快艇、高速轨道列车、汽车等轻型化结构以及各种铝合金型材拼焊结构的制经展示出显着的技术和经济效益1.1搅拌摩擦焊的原理它是利用一种带有搅拌针旋转方向和轴肩的特殊形式的焊接工具焊接方向后退(称之为搅拌头)进行焊接，在焊接过程中搅拌针要以一定速度前进侧旋转着插入被焊材料的结合界面处，通过插入工件接缝内的搅拌轴肩搅拌针针、轴肩与被焊工件摩擦所产生的摩擦热的共同作用，同时结合搅拌头对焊缝金属的挤压，被焊工件处于高塑性状态，在搅拌头的高速搅拌和轴肩的挤压下，被焊工件材料从后退侧绕过探针到前进侧尾部联合作用下形成致密的金属间结合，而后冷却形成固态焊缝，实现材料的连接。
在形成搅拌摩擦焊接头时，摩擦生热是使材料待焊部位温度升高达到塑性素，工件中的温度分布、塑性区的大小与摩擦生热的速率有关；而搅拌头的搅焊缝的充分条件，只有通过搅拌头的
搅拌给其周围塑化金属提供驱动力，才能缝方向移动时，搅拌头周围的塑化金属由搅拌头的前方向后方流动，并在搅拌的挤压下形成致密的焊缝。
搅拌摩擦焊实验报告
搅拌摩擦焊实验报告1. 实验目的(1) 了解搅拌摩擦焊的基本原理；(2) 了解搅拌摩擦焊的设备及其工艺流程；(3) 初步了解焊接工艺参数对搅拌摩擦焊焊缝成形的影响。
2. 实验概述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。
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，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。
焊接过程中也不需要其它焊接消耗材料，如焊条、焊丝、焊剂及保护气体等。
唯一消耗的是焊接搅拌头。
同时，由于搅拌摩擦焊接时的温度相对较低，因此焊接后结构的残余应力或变形也较熔化焊小得多。
特别是Al合金薄板熔化焊接时，结构的平面外变形是非常明显的，无论是采用无变形焊接技术还是焊后冷、热校形技术，都是很麻烦的，而且增加了结构的制造成本。
搅拌摩擦焊
英国TWI的Nicholas认为，搅拌摩擦焊工艺是自激光焊接问世以来 最引人注目的焊接方法，它的出现将使铝合金等有色金属的连接技 术发生重大变革。
搅拌摩擦焊应用领域 船舶制造 海洋工业 宇航工业 铁路运输 公路运输 建筑工业 电器行业
定义：它是利用一种
搅拌摩擦焊的原理
搅拌摩擦焊焊接过程是由一 个圆柱体形状的焊头伸入工件的 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。
搅拌摩擦焊工艺简介
搅拌摩擦焊(Friction Stir Welding简称FSW)是英国焊接研究所90年代初发明的一种用 于低熔点合金板材焊接的固态连接方法。用该方法可以焊接通常熔焊方法难于焊接的铝合 金、钛合金等材料，不会在接头内形成气孔、裂纹、变形等缺陷。 无飞溅，烟尘
与普通摩擦 焊相比
搅拌摩擦焊工艺
与熔焊相比
无需添加剂和保护气
接头无裂纹和气孔
不 受 轴 类 零 件 限 制
可 焊 接 直 焊 缝
搅拌摩擦焊的红外温度及焊缝
搅拌摩擦焊的红 外扫描温度，红 色部分温度最高
搅拌摩擦焊相关产品
搅拌摩擦焊相关产品
搅拌摩擦焊相关产品
搅拌摩擦焊的特点
搅拌摩擦焊接过程中接头部位不存在金属的熔化，是一种固态焊接过程， 故焊接时不存在熔焊时的各种缺陷，可以焊接用熔焊方法难于焊接的材料，如LY、 LC系列的硬铝及超硬铝，并且可以在任意位置进行焊接。 由于不存在熔焊过程中接头部位大范围的热塑性变形过程，焊后接头的内 应力小、变形小，基本可实现板件的低应力无变形焊接。
搅拌摩擦焊原理
搅拌摩擦焊原理
搅拌摩擦焊是一种固态焊接方法，通过机械震动和摩擦热来实现焊接。
其原理基于热塑性材料的可塑性和可变形性，通过摩擦热加热两个焊接件的接触面，使金属软化并形成可塑性，然后施加压力，使两个焊接件发生塑性变形混合，最终形成均匀的焊缝。
搅拌摩擦焊主要包括以下几个步骤：
1. 两个待焊接的金属件通过紧密贴合。
2. 在接触面之间施加一定的压力。
3. 使用专用搅拌头，通过高速旋转在接触面上施加摩擦力，引发摩擦热。
4. 随着摩擦热的积累，金属开始加热并软化。
5. 一旦达到足够的软化温度，停止搅拌并继续施加压力，使两个金属件发生塑性变形。
6. 继续施加压力，使金属在接触面上混合，形成焊缝。
7. 冷却后，焊缝区域重新硬化，完成搅拌摩擦焊。
搅拌摩擦焊具有许多优点，包括焊接速度快、焊接接头强度高、焊接过程无火花、无气体和溶剂的排放等。
它可以应用于各种金属材料的焊接，特别适用于铝合金、镁合金等难焊性材料。
搅拌摩擦焊广泛应用于汽车制造、航空航天、船舶制造等领域。
镁合金搅拌摩擦焊接工艺及其接头成形机理研究
镁合金搅拌摩擦焊接是一种先进的固态焊接工艺，它通过在材料接头处施加力和摩擦热来实现材料的连接。
这种工艺能够有效地避免传统熔化焊接中可能出现的气孔、裂纹和变形等问题，适用于许多高强度、轻量化材料，尤其对于镁合金等具有优异性能的材料更是如此。
镁合金搅拌摩擦焊接工艺的关键步骤包括：1. 摩擦加热：摩擦焊接头部两个要连接的材料在施加一定的轴向力的情况下，通过摩擦产生的热量来加热，但是不到熔化温度。
2. 搅拌混合：在摩擦加热的同时，引入转速，将材料进行搅拌混合，从而在原子尺度上实现了材料的混合。
3. 压制成形：当材料达到一定的塑性状态后，停止搅拌并施加一定的压力，使得材料得以牢固地连接。
镁合金搅拌摩擦焊接工艺的优势在于可以获得高质量的焊接接头，同时避免了传统焊接中的气孔、裂纹等问题，且无需额外的填充材料。
接头成形机理研究主要包括对焊缝组织结构、机械性能、热影响区、残余应力等方面的分析和研究。
通过对接头成形过程中的温度场、应力场等参数进行模拟和实验研究，可以深入了解接头形成的机理，并为优化工艺参数提供理论指导。
镁合金搅拌摩擦焊接工艺的详细步骤如下：1. 材料准备：选择合适的镁合金材料，并对焊接接头进行预处理，包括切割、清洁和表面处理等。
2. 摩擦加热：将两个要连接的镁合金材料端面互相接触，并施加一定的轴向力。
然后，在这种状态下，通过旋转工具（例如圆柱形钎焊头）施加一定的摩擦力，使材料端面之间产生摩擦，并产生大量的热量。
3. 搅拌混合：随着摩擦加热的继续，材料开始变软且具有塑性。
在此阶段，继续旋转工具并施加压力，使工具沿接头方向进行横向搅拌混合。
这样可以将材料的晶粒结构重新排列，从而实现了材料的混合。
4. 压制成形：当材料达到一定的塑性状态时，停止搅拌并继续施加一定的压力。
这将使得材料得以牢固地连接，并形成焊接接头。
压力的大小和持续时间要根据具体材料和工艺进行调整。
通过以上步骤，可以实现镁合金材料的搅拌摩擦焊接。
搅拌摩擦焊
搅拌摩擦焊
16
2．搅拌焊头旋转速度 若焊接速度保持一定，即当焊接速度为定
值时，若搅拌焊头的旋转速度较低时，焊接 热输入较低，搅拌焊头前方不能形成足够的 热塑性材料填充搅拌针后方所形成的空腔， 焊缝内易形成孔洞、沟槽等缺陷，从而弱化 接头强度。随着旋转速度的增加，沟槽的宽 度减小，当旋转速度提高到一定数值时，焊 缝外观良好，内部的孔洞也逐渐消失。在适 宜的旋转速度下接头才可获得最佳强度值。
LEE MAN (SCETC)
搅拌摩擦焊
3
二、搅拌摩擦焊的焊接过程及特点
（一）搅拌摩擦焊焊接过程 搅拌摩擦焊是利用摩擦热作为焊接热源的一 种固相焊接方法，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且软化，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。在搅拌焊头与焊件表面 摩擦生热和锻压共同作用下，形成致密牢固的 固相焊接接头。搅拌摩擦焊接过程如动画所示。
LEE MAN (SCETC)
搅拌摩擦焊
4
（二）搅拌摩擦焊的焊接接头
1.接头的分区
根据塑性变形程度和热作用的不同， 将搅拌摩擦焊接头分为4个区域。
母材区
图中，d区为接头中无热作用也无塑性变形的母材区
热影响区（HAZ)
c区该区域的材料因受焊接热循环的影响，微观组织和力学性能 均发生了改变，但该区域材料没有产生塑性变形，其组织与母村 组织无明显的区别，只是消除了方向性很强的柱状晶结构，热影 响区的宽度比熔焊时窄很多。
钢合金搅拌摩擦焊
钢合金搅拌摩擦焊钢合金搅拌摩擦焊是一种先进的金属焊接工艺，它通过高速旋转的焊接工具在金属表面产生摩擦热，使金属材料迅速加热至塑性状态，然后再施加一定压力，实现金属材料的连接。
这种焊接方法具有许多优点，例如焊接速度快、焊接接头强度高、焊接过程不产生明显的气体或光污染等。
因此，它在航空航天、汽车制造、船舶建造等领域得到了广泛应用。
钢合金搅拌摩擦焊的基本原理是利用旋转摩擦热和压力来融化和连接金属材料。
焊接过程中，焊接工具以一定的旋转速度和压力施加在金属接头上，产生的摩擦热使接头表面温度升高，当温度达到材料的熔点时，金属材料开始融化。
此时，焊接工具继续施加压力，使融化的金属材料在摩擦热和压力的作用下迅速扩散和混合，形成均匀的焊缝。
随着焊接工具移动，焊缝逐渐形成，并且在冷却后，焊缝的强度与母材相当。
钢合金搅拌摩擦焊具有很高的生产效率和焊接质量。
与传统的焊接方法相比，它的焊接速度快，一次焊接可以完成整个接头的连接，大大缩短了焊接时间。
同时，由于焊接过程中没有明显的熔融和喷溅现象，因此焊接区域的变形和残余应力较小，焊接接头的强度和密封性也较好。
此外，钢合金搅拌摩擦焊还可以焊接不同种类和厚度的金属材料，实现多种材料的连接。
然而，钢合金搅拌摩擦焊也存在一些挑战和限制。
首先，由于焊接过程需要高速旋转的焊接工具，因此焊接设备的成本较高。
其次，在焊接过程中，焊接工具的高速旋转和施加的压力会产生较大的摩擦热，需要控制好焊接温度，以避免过热和过高的温度造成材料的烧结或变形。
此外，由于钢合金搅拌摩擦焊是一种相对新颖的焊接方法，操作技术和参数的优化还需要进一步的研究和探索。
钢合金搅拌摩擦焊是一种先进的金属焊接工艺，具有许多优点和潜力。
它不仅可以提高焊接效率和焊接质量，还可以实现不同材料的连接。
随着技术的不断进步和优化，钢合金搅拌摩擦焊将在各个领域得到更广泛的应用，为人类的工业发展和创新带来更多的可能性。
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。
一文读懂搅拌摩擦焊
1搅拌摩擦焊概览搅拌摩擦焊（Friction Stir Welding，FSW）作为一种固相连接技术，在1991年由英国焊接研究所（The Welding Institute, TWI）发明。
与传统熔化焊相比，FSW无需添加焊丝、不需要保护气体，焊接过程无污染、无烟尘、无辐射，焊接接头残余应力低，因此具有焊接效率高、焊接变形小、能耗低、设备简单、焊接过程安全等一系列优点。
经过20多年的发展，FSW已经在航空航天、轨道交通、舰船等领域得到了广泛应用。
搅拌摩擦焊的原理如图1所示。
高速旋转的搅拌头扎入被焊工件内，旋转的搅拌针与被焊材料发生摩擦并使其发生塑化，轴肩与工件表面摩擦生热并用于防止塑性状态的材料溢出。
在焊接过程中，工件要刚性固定在背部垫板上，搅拌头边高速旋转边沿工件的接缝与工件相对移动，在搅拌头锻压力的作用下形成焊缝，最终实现被焊工件的冶金结合。
图1 搅拌摩擦焊接原理搅拌摩擦焊广泛适用于各类材料，目前已成功实现了铝、镁等低熔点金属及合金、铜合金、钛合金、钢铁材料、金属基复合材料以及异种金属（铝/铜、铝/镁、铝/钢等）的焊接。
在传统技术的基础上，搅拌摩擦焊有了五大创新发展：双轴肩搅拌摩擦焊、静轴肩搅拌摩擦焊、搅拌摩擦点焊、复合能场搅拌摩擦焊、搅拌摩擦增材制造。
双轴肩搅拌摩擦焊（Bobbin Tool Friction Stir Welding，BT-FSW）与传统FSW相比，其搅拌头为上、下轴肩结构，两个轴肩通过搅拌针连接，下轴肩取代了传统FSW的背部刚性支撑垫板，对工件进行自支撑，实现中空部件的焊接。
其焊接原理如图2所示。
上、下双轴肩的结构在焊接过程中降低了接头厚度方向的温度梯度，减小了接头组织不均匀性，可实现根部全焊透的焊接。
图2 双轴肩搅拌摩擦焊接原理1.上轴肩2.前进侧3.熔合线4.后退侧5.工件6.搅拌针7.下轴肩静轴肩搅拌摩擦焊（Stational Shoulder Friction Stir Welding,SS-FSW）采用轴肩与搅拌针分体式设计，在焊接过程中内部搅拌针处于旋转状态，而外部轴肩不转动，仅沿焊接方向行进。
搅拌摩擦钎焊工作原理
搅拌摩擦钎焊工作原理嘿呀！今天咱们就来好好聊聊搅拌摩擦钎焊工作原理呢！首先呀，咱们得搞清楚啥是搅拌摩擦钎焊？哎呀呀，简单说呢，这就是一种超级厉害的焊接技术！那它的工作原理到底是咋回事呢？哇哦！这可有趣啦！在搅拌摩擦钎焊的过程中呀，有一个关键的部件，那就是搅拌头。
这个搅拌头可不得了哇！它就像一个神奇的魔法棒。
当进行焊接时，搅拌头会高速旋转，并且压入被焊接的材料当中。
哎呀呀，你能想象那个画面吗？旋转的搅拌头在材料里搅动，就像在搅拌一碗美味的浓汤！在搅拌的过程中，会产生大量的摩擦热。
嘿！这摩擦热可重要啦！它能让被焊接的材料局部达到塑性状态。
哇塞！这意味着材料变得更加容易塑形和连接啦！而且呢，搅拌头的旋转和移动还会引起材料的流动。
哎呀呀，这材料的流动可不是随便流的哟！它是有规律、有方向的流动。
这就使得焊接区域的材料能够充分混合，达到良好的连接效果。
还有还有呀！在搅拌摩擦钎焊中，焊接过程中的温度和压力都得到了很好的控制。
这可太棒啦！为啥呢？因为这样可以避免出现一些焊接缺陷，比如裂纹呀、气孔呀等等。
另外呢，搅拌摩擦钎焊还有一个很大的优点！那就是它对环境友好。
不像一些传统的焊接方法，会产生大量的有害气体和废渣。
搅拌摩擦钎焊相对来说，就干净、环保多啦！总结一下哈，搅拌摩擦钎焊的工作原理就是通过搅拌头的高速旋转和压入，产生摩擦热，引起材料流动和塑性变形，从而实现良好的焊接效果。
哎呀呀，是不是觉得很神奇呢？不过，要真正掌握和运用好搅拌摩擦钎焊技术，可不是一件容易的事情哟！需要操作人员具备丰富的经验和专业的知识。
哇！这就要求我们不断地学习和探索呀！哎呀呀，关于搅拌摩擦钎焊工作原理咱们就先聊到这儿啦，希望能让您对它有个初步的了解哟！。
摩擦搅拌焊接
摩擦搅拌焊接摩擦搅拌焊接（Friction Stir Welding），简称为FSW，是一项新的接合制程技术。
其最初是由英国焊接研究所（The Welding Institute , TWI）于1991年所发展出来之新式焊接方式。
有别于传统焊接方式，此方法为一固相接合制程，可形成无缺陷的高接合品质，相较于一般熔融焊接，可得到良好的机械性质。
基于上述原因，摩擦搅拌焊接最初是用于以传统焊接方式难以接合的铝合金上，例如：7075、2024等。
然而在最近几年，摩擦搅拌焊接制程则已被广泛地应用在其它轻金属及其合金的接合技术上。
摩擦搅拌焊接步骤:摩擦搅拌焊接以机械转动摩擦产生热能，搅拌头材质硬、深入欲结合之两工件中强力转动摩擦、待材质软化〈塑性变形〉后，缓步移行并持续转动摩擦搅拌……最后取出搅拌头达成结合。
原理简单如图所示FSW示意图:焊道微观组织分析:母材经FSW后，其原有之轧延组织有明显之变化。
依显微组织之不同，可将其概分为如图下中所示之四个区域：(1)母材：即原始之材料，未受焊接热影响的焊件部份。
(2)热影响区：介于母材及热机影响区之间，此区是受到摩擦热作用后，该区的热量接近铝合金的退火温度，且未受到搅拌状况下晶粒由原本之晶粒再结晶并进一步成长至更粗大的晶粒。
(3)热机影响区：此区之晶粒除受热影响外，其晶粒也因工具头的回转挤压而变形，由于肩部以下pin头边缘受到摩擦热及与挤压的双重作用，此区晶粒受到扭曲变形并有成长的趋势。
(4)动态再结晶区：又称为搅拌区，位于焊道中央，直接受到工具头之摩擦。
搅拌和挤压，其特征为具有再结晶的等轴细晶粒。
摩擦搅拌焊接之优点：1.整个焊接过程相当简单，且不需要使用焊条或填料等消耗物。
2.接头边缘不需前加工处理。
3.焊接前不需事先清除工件表面的氧化物。
4.整个过程可采自动化的焊接方式。
5.对铝、镁合金焊件而言，摩擦搅拌焊接可达到高接合强度的性能要求。
6.可使用对于焊道裂缝敏感性较高的合金材料。
搅拌摩擦焊原理及其产热特点
搅拌摩擦焊原理及其产热特点搅拌摩擦焊，这可是个挺有趣的焊接技术呢。
咱们先得知道它是怎么一回事儿。
这就好比是在做面条的时候，有一根特制的擀面杖，在面团里不停地搅和。
搅拌摩擦焊呢，就是有个特殊的搅拌头，在两块要焊接的材料之间转动、摩擦。
这个搅拌头啊，就像是一个勤劳的小蜜蜂，在材料之间钻来钻去。
它一边旋转，一边沿着焊接的缝儿往前走。
这两块材料呢，就像两个小伙伴，本来是分开的，现在被这个小蜜蜂一样的搅拌头给弄在一起啦。
那搅拌摩擦焊的产热特点可就更有意思了。
你想啊，当这个搅拌头在材料里面转的时候，就像咱们冬天搓手取暖一样。
咱们的手相互摩擦就会发热，搅拌头和材料之间的摩擦也是这个道理。
只不过，这个热可不像咱们搓手那么简单。
它产生的热量是很集中的，就像聚光灯打在舞台上的一个小角落一样。
这种产热方式啊，和传统的焊接可不一样。
传统焊接有时候就像在野外生火，火到处乱窜，热量也散得到处都是。
搅拌摩擦焊的热就规规矩矩地在搅拌头和材料接触的地方产生。
这就好比是在一个小房间里开了个小暖炉，暖炉的热就集中在这个小房间里，不会到处乱跑。
再说说这个热量的大小吧。
它就像是厨师做菜的时候掌握火候一样。
搅拌摩擦焊产生的热量是刚刚好能让材料软下来，能够融合在一起。
不会像有些焊接方法，热太多了，把材料都烧坏了，就像烤焦的面包，黑乎乎的，没法吃了。
也不会像热不够的时候，材料就像两个不熟的朋友，只是表面碰了碰，里面还是各干各的，根本没融合好。
从这个产热的速度来看呢，搅拌摩擦焊就像是短跑运动员起跑一样，很快就能达到需要的热量。
这就保证了焊接的效率。
而且啊，这个热量在整个焊接过程中是比较稳定的。
不像有些焊接，一会儿热一会儿冷，就像那调皮的小孩，一会儿安静一会儿吵闹，这样焊接出来的东西质量肯定不好。
搅拌摩擦焊的这种产热特点，在实际应用中可太有用了。
比如说在汽车制造上，汽车的很多部件都需要焊接。
如果用传统焊接，可能就会有很多问题，像是焊接处不牢固啦，外观不好看啦。
搅拌摩擦焊的原理以及搅拌头的种类
搅拌摩擦焊的原理以及搅拌头的种类搅拌摩擦焊，听起来是不是有点高大上？别担心，其实它就是一个很酷的技术，能够把两块金属紧紧地焊在一起，而且不需要用到什么传统的焊接材料，就好像用“摩擦”来把它们粘在了一起。
你没听错，就是“摩擦”！这也让很多人觉得这项技术有点神秘。
其实啊，搅拌摩擦焊不光是个“神奇”的名字，它背后还有一整套精密的原理呢。
简单说，就是通过高速旋转的搅拌头在金属表面摩擦生热，然后把金属加热到一定的温度，达到塑性状态，再加上压力，将两块金属“粘合”在一起，最后形成坚固的连接。
哎呦，听起来是不是很神奇？其实啊，这种焊接方式最吸引人的地方就是它不需要填充材料，也就是说焊接过程中的金属不会被浪费掉。
你想啊，通常的焊接都得用焊条或焊丝啥的，但在搅拌摩擦焊里，这两块金属就像是俩死党一样，直接合体，没有任何中间的“杂七杂八”。
这技术简直就是个“老司机”，特别是在一些对焊接质量要求高的领域，简直是如虎添翼。
你能想象吗？它可以用在汽车、航空、船舶甚至一些高端的能源领域，而且接头非常牢固，简直就是“天衣无缝”！不过说到搅拌摩擦焊的原理，就不得不提搅拌头了。
搅拌头可是这项技术的“大功臣”，它就像是焊接过程中的“魔法师”，没有它，焊接就不可能顺利完成。
你看，搅拌头通常由一个旋转的工具组成，这个工具就像个旋风一样，直接把金属表面搅拌得热乎乎的，创造了一个足够的摩擦力和热量。
就这么简单，金属就能在它的帮助下融合起来。
不过，搅拌头可不止是个简单的工具，它的种类可是五花八门，各种形状，功效各异。
就像一个顶级厨师的工具箱，里面每样工具都有它独特的作用。
其中常见的一种搅拌头叫做“圆锥形搅拌头”。
你可以把它想象成一个小小的圆锥，尖尖的部分直接接触到金属表面，通过旋转产生摩擦，达到加热金属的目的。
这种搅拌头就像是个打破僵局的高手，能够快速而均匀地加热金属，促进金属的塑性变化。
另一种比较常见的就是“螺旋形搅拌头”，它的结构就像是一个旋转的螺旋桨，能够在焊接过程中产生更强的搅拌效果，帮助金属更好地融合。
搅拌摩擦焊剖析
6.35 6.3 7.6 6.35 4.0 4.0 6.0 6.0 6.0 3.0 1.6 4.0 6.0 6.35 10 6.35
— Cylindrical — Threaded,cylindrical — — Cylindrical — — Threaded, cylindrical — — — — Threaded, cylindrical —
1. 搅拌摩擦焊焊接过程
首先将焊件牢牢地固定在工作 平台上; 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。 搅拌摩擦焊接过程示意图
与传统的熔化焊方法相比，搅拌摩擦焊接头不会产生与熔化有关的如 裂纹、气孔及合金元素的烧损等焊接缺陷； 焊接过程中不需要填充材料和保护气体，使得以往通过传统熔焊方法
无法实现焊接的材料通过搅拌摩擦焊技术得以实现连接；
焊接前无须进行复杂的预处理，焊接后残余应力和变形小；
焊接时无弧光辐射、烟尘和飞溅，噪音低。
— 300-1000 — 350, 400 360 1400 400 — — 1250 1000 850 — 350 350 —
127 90-150 — 102, 152 800-2450 400-500 60 — — 60 75 75 80 15 102 —
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
出现焊接缺陷时，需要固相焊接方法进行补焊。
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；
搅拌摩擦焊接实验报告
搅拌摩擦焊接实验报告实验报告：搅拌摩擦焊接实验目的：1. 掌握搅拌摩擦焊接的基本原理和工艺流程。
2. 研究不同焊接参数对焊缝质量的影响。
3. 分析和评价搅拌摩擦焊接的优点和局限性。
实验原理：搅拌摩擦焊接是一种焊接技术，利用摩擦热对焊接接头进行局部加热，然后施加搅拌力使材料发生塑性流动，最终形成无缺陷的焊缝。
焊接参数包括旋转速度、下压力和搅拌速度等。
实验步骤：1. 准备试样：选择相同材料的两个金属试样进行试验。
2. 调整焊接参数：根据实验要求和预先设定的焊接参数范围，选择适当的焊接参数。
3. 焊接试验：将试样夹持到试验装置上，开始进行摩擦加热和搅拌焊接。
注意监测焊接过程中的温度变化和力的变化。
4. 检验焊缝质量：取下焊接接头，用金相显微镜观察焊缝的组织结构和缺陷情况。
可以用拉伸试验和硬度测试进行焊缝性能评价。
实验结果：根据实验的结果，我们可以对搅拌摩擦焊接的影响因素进行分析，找到最佳的焊接参数组合。
实验讨论：1. 搅拌摩擦焊接的优点：焊接速度快、焊接熔池温度低，不会产生气孔和裂纹，焊缝质量高，接头强度满足工程要求。
2. 搅拌摩擦焊接的局限性：需要对焊接参数进行严格控制，材料选择有一定限制，部分材料的焊接接头可塑性较差。
结论：通过搅拌摩擦焊接实验，我们得出以下结论：1. 这种焊接技术具有许多优点，如焊接速度快、焊缝质量高等。
2. 进一步研究和改进该技术，可以扩大其应用范围，提高接头强度。
3. 在实际应用中，应根据具体工程要求和材料特性来选择合适的焊接参数。
在此实验中，我们对搅拌摩擦焊接的基本原理和工艺流程有了更深入的了解，也意识到了其在实际工程中的应用前景。
通过进一步优化参数和改进材料选择，可以使该技术在航空航天、汽车制造等领域得到更广泛的应用。
搅拌摩擦焊实验报告
一、实验目的1. 了解搅拌摩擦焊的基本原理和操作方法。
2. 掌握搅拌摩擦焊实验设备的操作流程。
3. 分析搅拌摩擦焊过程中的关键参数对焊接质量的影响。
4. 评估搅拌摩擦焊在特定材料焊接中的应用效果。
二、实验原理搅拌摩擦焊（Friction Stir Welding，FSW）是一种新型固相连接技术，通过高速旋转的搅拌头与工件接触产生摩擦热，使材料发生塑性变形，实现焊接。
该技术具有焊接接头质量高、变形小、无需填充材料等优点。
三、实验设备与材料1. 实验设备：搅拌摩擦焊机、焊接电源、引伸计、硬度计等。
2. 实验材料：不锈钢板材，尺寸为100mm×100mm×3mm。
四、实验方法1. 根据实验要求，设置搅拌摩擦焊机的参数，包括搅拌头的转速、焊接速度、搅拌头插入深度等。
2. 将不锈钢板材放置在焊接机的工作台上，调整好夹具，确保工件固定牢固。
3. 启动搅拌摩擦焊机，进行焊接实验。
焊接过程中，观察搅拌头的旋转状态和焊接接头的形成过程。
4. 焊接完成后，对焊接接头进行外观检查、力学性能测试和金相组织分析。
五、实验结果与分析1. 外观检查：焊接接头表面光滑，无裂纹、气孔等缺陷，焊接质量良好。
2. 力学性能测试：焊接接头的抗拉强度、弯曲强度等指标均达到母材水平，说明搅拌摩擦焊具有良好的力学性能。
3. 金相组织分析：焊接接头的显微组织为细小的等轴晶粒，晶粒尺寸均匀，无明显的热影响区，说明搅拌摩擦焊具有优异的组织性能。
六、讨论与结论1. 搅拌摩擦焊具有焊接接头质量高、变形小、无需填充材料等优点，在航空航天、汽车制造等领域具有广泛的应用前景。
2. 实验结果表明，搅拌摩擦焊能够有效地焊接不锈钢板材，焊接接头质量良好，力学性能满足要求。
3. 搅拌摩擦焊过程中的关键参数对焊接质量有重要影响。
通过合理调整搅拌头的转速、焊接速度、搅拌头插入深度等参数，可以获得高质量的焊接接头。
七、实验总结本次实验成功进行了搅拌摩擦焊实验，验证了搅拌摩擦焊技术的可行性和有效性。
摩擦搅拌焊接实验报告
摩擦搅拌焊接实验报告摩擦搅拌焊接（Friction Stir Welding，FSW）是一种先进的金属焊接技术，广泛应用于飞船、船舶、航空、汽车等领域。
本实验主要通过摩擦搅拌焊接工艺进行铝合金的焊接，对焊接接头的力学性能和金相组织进行研究与分析。
实验步骤：1. 准备材料：选取两块相同尺寸的6061铝合金板材进行焊接。
板材表面清洁干净，以保证焊接效果。
2. 确定焊接参数：根据铝合金的材料性能，选择合适的转速和下压力。
转速一般为500-2000转/分钟，下压力一般为5-20 kN。
3. 进行焊接：将两块板材对接，夹紧固定在焊接夹具中。
焊接搅拌头放在板材连接处，并开启电机。
根据焊接参数，控制转速和下压力。
焊接头在高速旋转摩擦过程中，通过机械搅拌使连接处金属软化并混合，形成连续的焊缝。
4. 修整焊缝：焊接完成后，用金属锉刀去除焊接缝表面的毛刺和凸起部分。
5. 金相组织观察：将焊接接头的横截面进行金相组织观察，使用金相显微镜观察焊缝区域和热影响区的组织变化。
6. 力学性能测试：对焊接接头进行拉伸试验和硬度测试，测试焊缝区域的强度和硬度。
结果与讨论：根据实验结果，摩擦搅拌焊接获得的铝合金焊接接头具有明显的优势。
通过金相组织观察，焊缝区域晶粒细化，高温区发生晶格重组和析出相变化。
焊缝区域具有优良的力学性能和硬度。
拉伸试验结果显示，摩擦搅拌焊接接头的强度高于基材，接近基材强度，焊缝区表现出良好的塑性延展性。
硬度测试结果显示，焊接接头的硬度略高于基材，说明焊缝区存在一定的形变硬化效应。
总结与展望：本实验通过摩擦搅拌焊接工艺进行铝合金的焊接，并对焊接接头的力学性能和金相组织进行了研究。
实验结果表明，摩擦搅拌焊接获得的铝合金焊接接头具有良好的力学性能和硬度。
但是，还需要进一步研究焊接参数对焊接接头性能的影响，优化焊接工艺以提高焊接质量。
此外，还可以研究不同材料的焊接接头的力学性能和金相组织，扩大该焊接技术的应用范围。
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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参考文献：
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（2）挤出阶段搅拌针前缘自上而下将原始对接 面上的材料由前进侧迁移至后退侧，对接焊缝原始 界面及其表面氧化物在该阶段被迁移至后退侧.
（3）迁移阶段沿搅拌针外缘轮廓形成焊核区边 缘形貌以及洋葱环层状组织，后退侧氧化物在该阶 段被部分碎化、弥散，分布于焊核区.
（4）回填阶段形成洋葱环中心以上组织结构， 并完成搅拌针作用区的最终形貌.
纵观国内外学者所开展的研究工作，不论采用 何种试验方法，其研究视角基本都立足于焊接过程 中塑性金属在搅拌针周围的流动轨迹. 而 FSW 焊接 过程中塑性金属流动行为是不可见的，只能通过各 种手段保留焊后接头内部的流动形貌，并通过切面 金相照片体现出来，通过焊接终止后的二维图像去 反推焊接过程中的三维运动行为必然存在极大的难 度，并且分析结果与实际情况的吻合度也难以评判.
图 3 为搅拌针远离截面 A 的过程，远离过程可 以看做进入过程的逆过程，在这个过程中，搅拌针 作用区长度迅速减小，同时作用宽度也在不断减小.
基于对 FSW 模型的分析，将切面 A 中搅拌针 作用区面积迅速增大的过程定义为“挤出阶段”，位 于图 4 中 I 区，将搅拌针作用区面积迅速减小的过 程定义为“回填阶段”，位于图 4 中 III 区，在上述 两个阶段之间，搅拌针作用区变化不大，形成一个 较为稳定的迁移过程，定义为“迁移阶段”，位于图 4 中 II 区，由于上述三个阶段均在搅拌针作用下完 成，因此可以统称为搅拌针作用阶段. 从回填阶段 结束到搅拌头轴肩完全离开切面 A 这个过程定义为 轴肩作用阶段.
如图 9 所示，由于工艺参数选择不当，导致挤 出阶段未能对原始对接面形成有效的材料迁移，迁 移阶段未能在焊核区下部形成良好的洋葱环形貌， 上述两个阶段的共同影响从而形成了“S 线”氧化 物残留缺陷；而回填阶段在搅拌头下压量不足的共 同作用下又未能产生主动回填与被动挤压的有效配 合，从而在前进侧上部形成成了孔洞缺陷. 由此可 见，焊接过程中工艺参数选择不当将导致三个阶段 不能有效完成各自的成形过程，而最终得到的缺陷 焊缝往往是由各阶段产生的缺陷叠加而成.
图 7 为迁移阶段搅拌针作用区面积达到最大 时，作用轮廓与金相形貌叠加图. 图 7 中实线为焊 核区边界，椭圆圈住的 a、b 区与搅拌针边缘的距离
在该时刻达到最小，在该时刻之前和之后均远离搅 拌针，因此可以认为该时刻是 a、b 区域焊缝成形的 主要阶段，保留了迁移阶段搅拌针周围材料形貌. 图 7 中两条虚线为 a、b 焊核区边界向上的延伸，可 以推断，在搅拌针作用区面积达到最大时刻，搅拌 针两侧的塑性金属分布范围应当如虚线所界定的区 域，但由于随后轴肩对上表面材料形成的迁移、挤 压作用，使得迁移阶段在上部形成的焊核形貌被破 坏，并且被轴肩作用区所取代.
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0序言
搅拌摩擦焊（friction stir welding，简称 FSW） 凭借其具有的诸多优势，成为轻金属材料最先进的 连接方法之一. FSW 焊接过程中，搅拌针周围被焊 材料的产热、塑化及流动行为是形成接头的基础[1]. 因此，国外学者针对 FSW 塑性金属流动行为开展了 大量研究工作，采用的研究方法包括示踪法[2]、急 停法[3]、微观组织观察[4]或者多种方法相结合研究[5]. 国内也对塑性金属流动行为开展了大量研究工作. 文献[6，7]构建了 FSW 塑性金属的层状流动模型. 文献[8]通过示踪试验研究得出“抽吸-挤压”理论. 文献[9]采用紫铜作为示踪材料研究了 FSW 焊接过 程中塑性金属在水平面上的二维流动行为. 文献 [10]采用铝箔示踪法研究了 FSW 洋葱环形成机制.
1 FSW 模型建立
针对 6.35 mm 厚 7050-T7451 铝合金 FSW 过程 中实际使用的搅拌头及试件形貌进行建模，图 1 所 示为实际焊接过程中搅拌针与被焊工件的相对位置 关系，图中隐藏了对接焊其中一侧工件，以便能够 同时显示搅拌针及被焊工件形貌. 在被焊工件中选 择任一切面 A（图 1），并使切面 A 相对工件固定， 观察任意时刻切面 A 处搅拌头与被焊工件的相互作 用关系及其演变过程，观察方向如图 1 中虚线箭头 所示.
回填阶段成形区
1mm
图 8 回填阶段成形区位置 Fig.8 Forming position of “backfilling stage”
“S 线”
孔洞
1mm
图 9 缺陷焊缝金相 Fig.9 Defective welding metallographic
3结论
（1）基于切面分析法将搅拌针作用阶段划分为 挤出阶段、迁移阶段和回填阶段.
收稿日期： 2012−06-18
基金项目：北京市科技计划资助项目(D111100002311002)
赵华夏 (第一作者姓名为楷体 五号)
由于 FSW 接头理论上是由无数个二维切面叠 加而成，而通过对接头切面的金相观察和分析来推 断二维形貌的成形过程相对于推断搅拌针周围塑性 金属的三维流动行为更为容易. 因此，以下介绍的 研究工作通过对单个切面的材料流动及成形过程分 析来研究 FSW 接头成形机理.
拌针最源自大切面 A 金相RS
AS
迁移阶段
作 用 范 围
成形区 1mm
图 6 迁移阶段结束及回填阶段开始时刻切面 A 形貌 Fig.6 Section A morphology between migration stage