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。

搅拌摩擦焊主要是用在熔化温度较低的有色金属，如Al、cu等合金。这和搅拌头的材料选择及搅拌头的工作寿命有关。当然，这也和有色金属熔化焊接相对困难有关，迫使人们在有色金属焊接时寻找非熔化的焊接方法。对于延性好、容易发生塑性变形的黑色材料，经辅助加热或利用其超塑性，也有可能实现搅拌摩擦焊，但这就要看熔化焊和搅拌摩擦焊哪个技术经济指标更合理来决定。

搅拌摩擦焊在有色金属的连接中已获得成功的应用，但由于焊接方法特点的限制，仅限于结构简单的构件，如平直的结构或圆筒形结构的焊接，而且在焊接过程中工件要有良好的支撑或村垫。原则上，搅拌摩擦焊可进行多种位置焊接，如平焊，立焊，仰焊和俯焊；可完成多种形式的焊接接头，如对接、角接和搭接接头，甚至厚度变化的结构和多层材料的连接，也可进行异种金属材料的焊接。

另外，搅拌摩擦焊作为一种固相焊接方法，焊接前及焊接过程中对环境的污染小。焊前工件无需严格的表面清理准备要求，焊接过程中的摩擦和搅拌可以去除焊件表面的氧化膜，焊接过程中也无烟尘和飞溅．同时噪声低。由于搅拌摩擦焊仅仅是靠焊头旋转并移动，逐步实现整条焊缝的焊接，所以比熔化焊甚至常规摩擦焊更节省能源。

由于搅拌摩擦焊过程中热输入相对于熔焊过程较小，接头部位不存在金属的熔化，是一种固态焊接过程，在合金中保持母材的冶金性能，可以焊接金属基复合材料、快速凝固材料等采用熔焊会有不良反应的材料。其主要优点如下：

(1)焊接接头热影响区显微组织变化小．残余应力比较低，焊接工件不易变形；

(2)能一次完成较长焊缝、大截面、不同位置的焊接．接头高：

(3)操作过程方便实现机械化、自动化，设备简单，能耗低，功效高，对作业环境要求低：

(4)无需添加焊丝，焊铝合金时不需焊前除氧化膜，不需要保护气体，成本低；

(5)可焊热裂纹敏感的材料，适合异种材料焊接：

(6)焊接过程安全、无污染、无烟尘、无辐射等。

搅拌摩擦焊也存在一定的缺点：焊接工件必须刚性固定，反面应有底板；焊接结束搅拌探头提出工件时，焊缝端头形成一个键孔，并且难以对焊缝进行修补：工具设计、过程参数和机械性能数据只在有限的合金范围内可得：在某种情况下，如特殊领域中要考虑腐蚀性能、残余应力和变形时，性能需进一步提高才可实际应用；对板材进行单道连接时，焊速不是很高：搅拌头的磨损消耗太快等。

3. 实验内容

(1) 了解搅拌摩擦焊的基本原理与工艺过程；

(2) 改变工艺参数（搅拌头转速、焊接速度等）进行搅拌摩擦焊实验，材料为铝合金板材；

(3) 对实验后焊缝外表形貌与焊接的工艺参数（搅拌头转速、焊接速度等）的关系进行分析。

4. 实验步骤与注意事项

(1) 理解实验原理：

焊接开始, 当搅拌头的特形指棒全部挤入板件时, 由于摩擦热, 特形指棒周围的金属迅速被加热,并形成了很薄的热塑性金属层, 为了分析方便, 取焊接时特形指棒的任一横截来进行分析。当搅拌头沿着焊件的接缝向前运动时, 在搅拌头的后边就形成了空腔, 由于背面垫板和正面轴肩的密封作用, 在搅拌头转动摩擦力的作用下, 搅拌头前边不断形成的热塑性金属挤压流动, 转移到了搅拌头的后边, 填满了后边的空腔, 空腔的产生与填满几乎同时发生。实际上, 搅拌摩擦焊是一个空腔不断产生、并将空腔填满的一个连续过程, 由于搅拌头的高速旋转,空腔的产生与空腔填满在瞬间完成。这样焊缝区的金属被挤压、摩擦加热, 发生了塑性变形、金属挤压流动转移、扩散和再结晶,就形成了搅拌摩擦焊的焊缝[1]。

(2) 领取待焊板材，用砂纸去除待焊部位的氧化膜，并用无水乙醇清洗；

(3) 装卡板材，用压板、螺栓将两块待焊板材固定在卡具底座上，保证焊接过程中它们不会发生移动；

(4) 通过对刀，使搅拌针与待焊板材的表面恰好接触；

(5) 在机床的数控操作系统中设置焊接参数（搅拌头旋转速度、焊接速度和下压量），参数设置好之后可以进行焊接；

(6) 观察焊缝的外观，分析焊接参数对于焊缝成形的影响。

5. 实验结果

5.1 搅拌摩擦加工试验参数：

转速W=600RPM，焊速=100mm/min，下压量=0.2mm。Zn粉（400目）填充在两

块搭接2024铝合金之间的沟槽中，重复焊接两次。

显微硬度试验参数：

加载力：100g，加载时间：5s，位置：从左向右每隔1mm打一次硬度，覆盖区域从母材→焊核区→母材。硬度试验结果如下表：

次数123456789

硬度

58.160.454.265.650.462.859.154.060.2（HV）

光学显微镜照片：

放大50倍

说明：中间灰色部分为焊核区，由于Zn的耐酸腐蚀没有铝好。深黑色部分为未

焊合的孔洞。因此，搅拌摩擦加工2次没有足够的塑性应变使铝和锌充分混合均

匀并产生了大量的孔洞缺陷。从硬度结果也可以看出，此时焊核区的硬度并没有

升高。

5.2 搅拌摩擦加工试验参数：

转速W=600RPM，焊速=100mm/min，下压量=0.2mm。Zn粉（400目）填充在两

块搭接2024铝合金之间的沟槽中，重复焊接四次。

显微硬度试验参数：

加载力：100g，加载时间：5s，位置：从左向右每隔1mm打一次硬度，覆盖区域从母材→焊核区→母材。硬度试验结果如下表：

次数12345678910

硬度

62.962.576.471.153.454.8133.5129.060.758.4（HV）

光学显微镜照片：

放大50倍

说明：中间灰色部分为焊核区，均匀性较重复加工2次的相比稍好，焊核区底部

还有孔洞缺陷。从硬度试验结果看出焊核区硬度分布极不均匀，最高到133HV，

最低53.5HV，说明此工艺下重复加工4次仍没有使焊核区均匀。

5.3 搅拌摩擦加工试验参数：

转速W=600RPM，焊速=100mm/min，下压量=0.2mm。Zn粉（400目）填充在两

块搭接2024铝合金之间的沟槽中，重复焊接六次。

显微硬度试验参数：

加载力：100g，加载时间：5s，位置：从左向右每隔1mm打一次硬度，覆盖区域从母材→焊核区→母材。硬度试验结果如下表：

次数12345678910

硬度

53.646.079.7106.579.276.581.481.251.552.1（HV）

光学显微镜照片：

放大50倍

放大1000倍

说明：中间灰色部分为焊核区，重复加工6次后，均匀性较好没有孔洞缺陷。从

硬度试验结果看出焊核区硬度升高到80HV左右，且均匀性较好。在高倍光镜下

可以看出，焊核区内弥散分布着第二相颗粒，需进一步做试验确定该颗粒的成分

和结构。

5.4 搅拌摩擦加工试验参数：

转速W=1200RPM，焊速=100mm/min，下压量=0.2mm。Zn粉（400目）填充在

两块搭接2024铝合金之间的沟槽中，重复焊接四次。

显微硬度试验参数：

加载力：100g，加载时间：5s，位置：从左向右每隔1mm打一次硬度，覆盖区域从母材→焊核区→母材。硬度试验结果如下表：

次数1234567891011

硬度

62.765.185.674.875.473.485.475.398.664.061.5（HV）

光学显微镜照片：

放大50倍

放大1000倍

说明：中间灰色部分为焊核区，提高转速至1200rpm后重复加工4次后，均匀

性很好没有孔洞缺陷，有“洋葱环”的出现。从硬度试验结果看出焊核区硬度升高到80HV左右，且均匀性较好。在高倍光镜下可以看出，焊核区内弥散分布着第二相颗粒，需进一步做试验确定该颗粒的成分和结构。

在低转速600rpm下，需要重复加工6次才能使焊核区的铝和锌混合均匀，在高转速1200rpm下，重复加工4次也能使焊核区混合均匀。锌加入铝中后会有细小的第二相出现，提高铝基体的硬度。

6. 实验结果分析

6.1 不同转速对搅拌摩擦焊焊缝的影响[2]

从焊缝的外观来看,在转速较低时, 不能形成搅拌摩擦焊的焊缝, 搅拌头的后边是一条沟槽, 随着搅拌头转速升高, 沟槽的宽度减小, 当搅拌头转速升高一定的值时(第一临界值), 沟槽消失, 焊缝外观成形良好, 继续增加转速, 焊缝外观也没有明显的变化, 但解剖发现焊缝的外观虽然成形良好, 但焊缝中有孔洞, 随着转速的再升高, 孔洞逐渐减小, 当转速升高到一定的值时(第二临界值)孔洞消

失。

6.2 不同转速对抗拉强度的影响

在焊缝表面闭合良好时, 随着转速的提高, 接头的抗拉强度升高, 当转速升高到一定值后, 接头与母材等强。其原因是, 搅拌头转速较低时, 由转速高低与接头中孔洞大小之间的关系所决定; 随着转速升高, 当焊缝中的空洞消失形成致密的焊缝时, 由于加工硬化, 接头中的强度比母材略高, 拉伸强度试验时, 从母材断裂, 焊缝中硬度也稍高于母材。

7. 思考题

7.1 结合所学专业知识，解释为什么搅拌摩擦焊相比传统熔焊更适于焊接铝合金？

搅拌摩擦焊（FSW）实践证明是非铁金属连接工艺，它没有母材熔化、填充金属和保护气体。因为它是固态连接工艺，搅拌摩擦焊消除了传统熔焊本身存在的大多数与再凝固相关的副作用。对于铝合金，搅拌摩擦焊能避免熔焊中固有的高温，所以能连接Al和不相似的铝合金或其它包括铜、铅、锌和镁的金属合金。它能消除脆性金属间混合物产生的副作用。

7.2 哪些材料不适合采用搅拌摩擦焊焊接，为什么？请举出一两例。

我认为由于搅拌摩擦焊的焊头在高速旋转情况下会产生高温，受到焊头热硬性的影响，有较高强度和硬度且熔点较高的材料不适合搅拌摩擦焊，如耐热钢。另外，我认为延展率过高的材料（如橡胶、塑料等）也无法进行搅拌摩擦焊，因为在旋转摩擦的过程中，这些材料会粘在焊头上使焊接无法继续进行。

7.3 比较搅拌摩擦焊和摩擦焊的异同点。

摩擦焊是指，在压力作用下，通过待焊界面的摩擦使界面及其附近温度升高，材料断面达到热塑性状态，伴随着材料产生塑性流变，通过界面的分子扩散和再结晶而实现焊接的固态焊接方法。而搅拌摩擦焊实质上是摩擦焊的一种。摩擦焊技术经过长年的发展，已经发展出很多种摩擦焊接的分类：摩擦螺柱焊、摩擦堆焊、第三体摩擦焊、嵌入摩擦焊、惯性摩擦焊、搅拌摩擦焊、径向摩擦焊、线性摩擦焊和摩擦叠焊等。

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。

参考文献：

[1] 陈杰，张海伟，刘德佳等. 我国搅拌摩擦焊技术的研究现状与热点分析[J]. 电焊机，2011, 41(10): 92-97.

[2] 张田仓，郭德伦，陈沁刚等. 铝合金搅拌摩擦焊技术研究[J]. 机械工程学报，2011, 38(2): 127-130.

目前最先进的焊接工艺 搅拌摩擦焊

目前最先进的焊接工艺，搅拌摩擦焊，你知道原理吗 搅拌摩擦焊是由英国焊接技术研究所于1991年发明的新型焊接技术，其原理如下图所示。 一根安装在主轴上的形状为蜗杆形式的搅拌针在一定压力下被插入焊缝位置，搅拌针的长度一般要比焊缝深度略浅，以此来保证主轴的轴肩能紧贴被焊接的工件表面。当工件与搅拌针和轴肩摩擦生热，焊缝附近的材料会因受热产生严重的塑性变形，但是，并不是熔化，只是成为一种“半流体”的状态，随着主轴带动搅拌针沿着焊缝的走向进给，搅拌针不断把已经处于“半流体”状态的材料搅拌到身后，当主轴离开后，这些材料将冷却固化，从而形成一条稳定的焊缝。

大家都知道，以铝合金和镁合金为代表的轻质合金是航空航天器的主要结构材料之一。然而这些轻质合金的可焊性都非常差，传统的各种熔焊工艺都无法从根本上杜绝热裂纹、气孔和夹渣等这些焊接缺陷的产生，需要靠操作者具有非常高超的技术和工艺才能保证焊接质量。并且，熔焊的高温会产生大量热量和有毒的烟气，这对操作者的身体健康也造成了很大的威胁。而搅拌摩擦焊的出现从根本上解决了这一系列问题。 其次，相较于传统熔焊工艺在焊缝附近形成重新铸造形态，搅拌摩擦焊由于主轴会给被焊接的工件部位施加一个很大的压力，所以在焊缝附近得到的是锻造形态，这种锻造形态组织比铸造形态组织致密得多，因而焊接后零件的机械性能也比传统熔焊工艺做出来的好得多。 而搅拌摩擦焊最大的优势体现在其本质是把机械能转化成焊接所需要的热能，所以可以用特定的公式相当准确的计算出焊接热及其引发的工件热变形的量，从而为事前的补偿和事后的纠正提供了几乎不依赖操作者经验的定量的依据，这是任何一种传统焊接工艺都望尘莫及的。

搅拌摩擦焊焊机操作规程示范文本

搅拌摩擦焊焊机操作规程 示范文本 In The Actual Work Production Management, In Order To Ensure The Smooth Progress Of The Process, And Consider The Relationship Between Each Link, The Specific Requirements Of Each Link To Achieve Risk Control And Planning 某某管理中心 XX年XX月

搅拌摩擦焊焊机操作规程示范文本使用指引：此操作规程资料应用在实际工作生产管理中为了保障过程顺利推进，同时考虑各个环节之间的关系，每个环节实现的具体要求而进行的风险控制与规划，并将危害降低到最小，文档经过下载可进行自定义修改，请根据实际需求进行调整与使用。 1.打开电闸； 2.按下遥控器上的紧急停止按钮； 3.打开控制柜上电源开关，三个灯都亮，说明电源正 常，否则关闭电源开关，检查有关开关和保险丝，直到检 测出问题并修复为止； 4.启动操纵台上的电源开关，电源指示灯亮，给控制柜 送电； 5.按控制柜上F4（手动）按钮，出现一个红色条框。 正常情况没有向下的白色箭头，如果有按向下↓按钮，查看 错误情况； 6.如果没有问题，打开遥控器上的红色按钮，这时主轴 电机通电，工作灯亮；

7.进行编程或采用已有的程序； 8.在进行搅拌头位置调整时，向窗口方向为X＋，向窗口的反方向为X—；向文件柜方向为Y＋，向文件柜反方向为Y—；向上为Z＋，向下为Z—； 9.焊接结束后首先按下遥控器上的红色按钮，然后计算机关机，关闭操纵台上的电源开关，关闭控制柜上电源开关，关闭电闸。 请在此位置输入品牌名/标语/slogan Please Enter The Brand Name / Slogan / Slogan In This Position, Such As Foonsion

目前最先进的焊接工艺——搅拌摩擦焊

目前最先进的焊接工艺，搅拌摩擦 焊，你知道原理吗 搅拌摩擦焊是由英国焊接技术研究所于1991年发明的新型焊接技术，其原理如下图所示。 一根安装在主轴上的形状为蜗杆形式的搅拌针在一定压力下被插入焊缝位置，搅拌针的长度一般要比焊缝深度略浅，以此来保证主轴的轴肩能紧贴被焊接的工件表面。当工件与搅拌针和轴肩摩擦生热，焊缝附近的材

料会因受热产生严重的塑性变形，但是，并不是熔化，只是成为一种“半流体”的状态，随着主轴带动搅拌针沿着焊缝的走向进给，搅拌针不断把已经处于“半流体”状态的材料搅拌到身后，当主轴离开后，这些材料将冷却固化，从而形成一条稳定的焊缝。 大家都知道，以铝合金和镁合金为代表的轻质合金是航空航天器的主要结构材料之一。然而这些轻质合金的可焊性都非常差，传统的各种熔焊工艺都无法从根本上杜绝热裂纹、气孔和夹渣等这些焊接缺陷的产生，需要靠操作者具有非常高超的技术和工艺才能保证焊接质量。并且，熔焊的高温会产生大量热量和有毒的烟气，这对操作者的身体健康也造成了很大的威胁。而搅拌摩擦焊的出现从根本上解决了这一系列问题。 其次，相较于传统熔焊工艺在焊缝附近形成重新铸造形态，搅拌摩擦焊由于主轴会给被焊接的工件部位施加一个很大的压力，所以在焊缝附近得到的是锻造形态，这种锻造形态组织比铸造形态组织致密得多，因而焊接后零件的机械性能也比传统熔焊工艺做出来的好得多。 而搅拌摩擦焊最大的优势体现在其本质是把机械能转化成焊接所需要的热能，所以可以用特定的公式相当准确的计算出焊接热及其引发的工件热变形的量，从而为事前的补偿和事后的纠正提供了几乎不依赖操作者经验的定量的依据，这是任何一种传统焊接工艺都望尘莫及的。

搅拌摩擦焊预备焊接工艺规程

Location: pWPS No. ： 焊接方法： 坡口准备和清理： Welding process ： preparation and cleaning ： 接头类型： 焊接设备： Joint type ： Welding equipment ： 母材规格(㎜)： 夹紧装置： Parent metal size(㎜)： Clamping arrangement ： 母材质保书： 焊接位置： Base metal specification ： Welding positions ： 搅拌头材料 : 焊工姓名： Tool Material: Welder ， s name ： Preheat temperature(℃)： Other information ： 预热维护温度(℃) ： 基值电流/峰值电压： Preheat maintenance temperature (℃) ： Base current/Peak voltage ： 层间温度(℃)： 脉冲频率(Hz)： Interpass temperature(℃)： Pulse frequency(Hz)： 焊前热处理： 脉冲时间(ms)： Pre-weld heat treatment ： Pulse time(ms)： 焊后热处理： 弧长/微调： Post-weld heat treatment ： Arc length/Fine adjust ： 时间、温度、方法： 摆动（焊道的最大宽度）(㎜)： T im e 、tem perature 、m ethod ： W e a v i n g (M a x i m u m w i d t h o f r u n ) (㎜): 加热和冷却速度(℃/h)： 振动（振幅、频率、停留时间）： Heating and cooling rates(℃/h)： O s c i l l a t i o n （Am p l i t u d e , f r e q u e n cy , d w e l l t i m e ）： 制造商： Manufacture ：

搅拌摩擦焊的工艺参数

Trans. Nonferrous Met. Soc. China 22(2012) 1064í1072 Correlation between welding and hardening parameters of friction stir welded joints of 2017 aluminum alloy Hassen BOUZAIENE, Mohamed-Ali REZGUI, Mahfoudh AYADI, Ali ZGHAL Research Unit in Solid Mechanics, Structures and Technological Development (99-UR11-46), Higher School of Sciences and Techniques of Tunis, Tunisia Received 7 September 2011; accepted 1 January 2011 Abstract: An experimental study was undertaken to express the hardening Swift law according to friction stir welding (FSW) aluminum alloy 2017. Tensile tests of welded joints were run in accordance with face centered composite design. Two types of identified models based on least square method and response surface method were used to assess the contribution of FSW independent factors on the hardening parameters. These models were introduced into finite-element code “Abaqus” to simulate tensile tests of welded joints. The relative average deviation criterion, between the experimental data and the numerical simulations of tension-elongation of tensile tests, shows good agreement between the experimental results and the predicted hardening models. These results can be used to perform multi-criteria optimization for carrying out specific welds or conducting numerical simulation of plastic deformation of forming process of FSW parts such as hydroforming, bending and forging. Key words: friction stir welding; response surface methodology; face centered central composite design; hardening; simulation; relative average deviation criterion 1 Introduction Friction stir welding (FSW) is initially invented and patented at the Welding Institute, Cambridge, United Kingdom (TWI) in 1991 [1] to improve welded joint quality of aluminum alloys. FSW is a solid state joining process which was therefore developed systematically for material difficult to weld and then extended to dissimilar material welding [2], and underwater welding [3]. It is a continuous and autogenously process. It makes use of a rotating tool pin moving along the joint interface and a tool shoulder applying a severe plastic deformation [4]. The process is completely mechanical, therefore welding operation and weld energy are accurately controlled. B asing on the same welding parameters, welding joint quality is similar from a weld to another. Approximate models show that FSW could be successfully modeled as a forging and extrusion process [5]. The plastic deformation field in FSW is compared with that in metal cutting [6í8]. The predominant deformation during FSW, particularly in vicinities of the tool, is expected to be simple shear, and parallel to the tool surface [9]. When the workpiece material sticks to the tool, heat is generated at the tool/workpiece contact due to shear deformation. The material becomes in paste state favoring the stirring process within the thermomechanically affected zone, causing a large plastic deformation which alters micro and macro structure and changes properties in polycrystalline materials [10]. The development of the mechanical behavior model, of heterogeneous structure of the welded zone, is based on a composite material approach, therefore it must takes into account material properties associated with the different welded regions [11]. The global mechanical behavior of FSW joint was studied through the measurement of stress strain performed in transverse [12,13] and longitudinal [14] directions compared with the weld direction. Finite element models were also developed to study the flow patterns and the residual stresses in FSW [15]. B ased on all these models, numerical simulations were performed in order to investigate the effects of welding parameters and tool geometry on welded material behaviors [16] to predict the feasibility of the process on various shape parts [17]. Corresponding author: Mohamed-Ali REZGUI; E-mail: mohamedali.rezgui@https://www.sodocs.net/doc/c04824995.html, DOI: 10.1016/S1003-6326(11)61284-3

搅拌摩擦焊接质量控制

搅拌摩擦焊焊接质量控制 摘要：搅拌摩擦焊接技术是针对焊接性差的铝、镁合金而开发出的一种新型固相连接技术，由英国焊接研究所于1991年开发的专利技术。可以有效地避免氧化和蒸发，焊后冷却过程中不出现热裂纹，焊缝区晶粒得到细化，优化了接头各项性能，同时焊接过程不需要填充金属，不产生火花、飞溅、烟雾、弧光等，是一种高效、优质、简单、无污染的焊接工艺。介绍了搅拌摩擦焊接的原理、焊接工艺特点、搅拌摩擦焊的最新发展情况及其应用。利用搅拌摩擦焊焊接方法对7075铝合金进行焊接实验，在焊接参数为：转速——800r/min、焊接速度75mm/min的情况下得到了良好的组织结构，显微硬度的实验表明焊后其维氏硬度值的分布趋势沿焊缝中心基本对称。 关键词：搅拌摩擦焊接；7075铝合金；焊接参数；焊接质量控制 Research on friction stir welding A bstract: Friction stir welding (FSW) is a new solid welding technique for aluminum and magnesium alloys invented and patented by The Welding Institute, UK in 1991, which can avoid the problems existing in the other welding methods. It is an efficient, energy saving, simple and environmental-friendly technique, which can efficiently avoid oxidation and evaporation without heat flaw in the cooling process after welding. FSW can get optimized various performance of joint without any sparkle, plash, smog or arc. No filling metal is needed in the welding process. This paper simply introduce the principles, the process, emphasize introduces recent development an application of the friction stir welding. Using friction stir welding method of 7075 aluminum alloy welding experiment, the welding parameters for welding speed: speed -- 800r/min, 75mm/min cases got good organization structure, microhardness tests indicate that after welding the Vivtorinox hardness distribution trend along the seam center symmetry. Keywords: FSW; 7075 Al alloy; Welding parameters; Welding quality control

搅拌摩擦焊焊机操作规程简易版

The Daily Operation Mode, It Includes All The Implementation Items, And Acts To Regulate Individual Actions, Regulate Or Limit All Their Behaviors, And Finally Simplify Management Process. 编订：XXXXXXXX 20XX年XX月XX日 搅拌摩擦焊焊机操作规程 简易版

搅拌摩擦焊焊机操作规程简易版 温馨提示：本操作规程文件应用在日常的规则或运作模式中，包含所有的执行事项，并作用于规范个体行动，规范或限制其所有行为，最终实现简化管理过程，提高管理效率。文档下载完成后可以直接编辑，请根据自己的需求进行套用。 1.打开电闸； 2.按下遥控器上的紧急停止按钮； 3.打开控制柜上电源开关，三个灯都亮，说明电源正常，否则关闭电源开关，检查有关开关和保险丝，直到检测出问题并修复为止； 4.启动操纵台上的电源开关，电源指示灯亮，给控制柜送电； 5.按控制柜上F4（手动）按钮，出现一个红色条框。正常情况没有向下的白色箭头，如果有按向下↓按钮，查看错误情况； 6.如果没有问题，打开遥控器上的红色按钮，这时主轴电机通电，工作灯亮；

7.进行编程或采用已有的程序； 8.在进行搅拌头位置调整时，向窗口方向为X＋，向窗口的反方向为X—；向文件柜方向为Y＋，向文件柜反方向为Y—；向上为Z＋，向下为Z—； 9.焊接结束后首先按下遥控器上的红色按钮，然后计算机关机，关闭操纵台上的电源开关，关闭控制柜上电源开关，关闭电闸。 该位置可填写公司名或者个人品牌名 Company name or personal brand name can be filled in this position

ISO 25239-2 2011 搅拌摩擦焊 铝 焊接接头的设计(中文版)

ISO 25239-2:2011 搅拌摩擦焊—铝 第2部分：：焊接接头的设计狮子十之八九译 目录 前言 引言 1 范围 2 引用标准（略） 3 名词和术语 4 设计的要求 4.1 文件 4.2 接头的设计 4.3 附加的信息

ISO（国际标准化组织）是一个世界范围内的国家标准学会（ISO成员组织）的联合体。制定国际标准的工作经由ISO技术委员会归口负责。每个成员组织开发一个项目，由此便形成一个技术委员会，此成员组织有权代表该技术委员会。国际组织、政府与非政府机构协同ISO共同参与工作。ISO针对于电工标准化所有事宜和国际电工委员会（IEC）紧密合作。 本文件的起草符合ISO/IEC 指令中第2部分的相关规则。 由技术委员会通过国际标准草案提交成员国投票表决，需要得至少75%参加表决的成员国的同意，才能作为国际标准正式发布。 ISO25239-2是由国际焊接学会制订的，国际焊接学会已被ISO理事会批准为焊接领域的国际标准化机构。 ISO25239（总的的题目：搅拌摩擦焊—铝）系列标准有以下部分组成： ——第1部分：术语 ——第2部分：焊接接头的设计 ——第3部分：焊接操作工的资质 ——第4部分：焊接工艺评定 ——第5部分：质量和检验的要求 对于ISO25239的本部分的任何官方问题，应通过您所在国家标准委员会递交给ISO秘书处。

焊接广泛应用于工程结构制造。在第二十世纪后半叶以来，熔化焊接工艺（其中熔化指母材和通常是填充金属的熔化），主导了大量结构的焊接。在1991年，韦恩托马斯（Wayne Thomas）在TWI发明的摩擦搅拌焊接（FSW），其原理是固相连接技术（不熔化）。 随着FSW应用日益增加，产生了制订国际标准的需求，以确保其能以最有效的方式进行焊接，并在所有的操作方面进行合理的控制。本国际标准着重于铝的搅拌摩擦焊，因为在出版时，搅拌摩擦焊的大多数商业应用与铝有关。例如轨道车辆、消费品、食品加工设备、航空航天结构和船舶。 本系列标准包括以下部分： 第1部分：规定了FWS的术语 第2部分；规定了铝焊接接头的设计要求 第3部分：规定了焊接操作工的资质的要求 第4部分：规定了铝的焊接工艺评定的要求。焊接工艺规程（WPS）提供相关参数，以满足焊接操作和焊接过程中的质量控制。在质量体系标准中，焊接被认为是一个特殊过程。质量体系标准通常要求此特殊过程按照书面的工艺规程进行。冶金偏差是一个特殊的问题。由于在目前的技术水平下不可能对机械性能进行无损检测，因此在WPS投入实际生产之前，建立了一套焊接工艺评定的规则。ISO25239的这一部分定义了这些规则。 第5部分：规定了制造商使用FSW工艺生产特定质量的铝产品的能力的方法。它定义了特定的质量要求，但没有规定特定产品的质量要求。焊接结构在生产和维护过程中应有效的避免严重问题的出现。为了实现这一目标，应从设计阶段开始、从材料的选择、制造和检验各方面进行控制。例如，不合理的设计会造成产品在车间、现场或维护过程中严重的制造困难和昂贵的成本。不正确的材料选择会导致焊接问题，如裂纹。必须编制正确的焊接工艺，以避免缺欠。为了确保制造高质量的产品，管理人员应该了解潜在的问题来源，并建立适当的质量和检验工艺。其过程应进行监督，以确保焊接质量。

搅拌摩擦焊工艺参数对焊缝质量的影响

搅拌摩擦焊工艺参数对焊缝质量的影响 摘要：自主设计了多种结构的搅拌针，并针对铝合金材料进行焊接工艺实验，分析了焊头形状、旋转速度、焊接速度等对焊缝质量的影响，为进一步研究开发和铝合金零部件生产应用摩擦搅拌焊接技术提供理论和实践依据。 关键词：搅拌摩擦焊；工艺参数 随着人们对节能、环保、安全提出更高的要求，铝合金等轻质高强材料的应用获得广泛关注。所以铝材成为航空航天和现代交通运输轻量化、高速化的关键材料。轻量化可使飞机和宇航器飞得更高、更快、更远，可使导弹打得更快、更远、更准，可使电动汽车零污染高速行驶，可减少牵引力和节省大量能源，使运输工具既安全又准点[ 1]。 1.试验材料及方法 选用轨道客车中空车体及结构件用厚为3mm的铝合金挤压板材，将板材裁剪多组尺寸为600×110mm的母板。用XD5032A立式升降台铣床作为FSW的设备。 2.试验结果与讨论 对于一定形状的搅拌焊头，影响焊缝成型和接头机械性能的主要因素是旋转速度（n）、焊接速度（v）和焊接压力（p）。 2.1.旋转速度对焊缝质量的影响 搅拌焊头的旋转速度一定时，若焊接速度较慢，焊缝表面平滑光亮，但在焊缝背面可见到由于局部母材熔化而出现的缩孔。随着焊接速度的增加，这种缩孔会消失，继续增加焊接速度，焊缝表面的光洁度变差，沿焊缝的横截面将试样切开会发现隧道型缺陷，若焊接速度过快，隧道型缺陷逐渐增大，甚至会在焊缝表面出现沟槽。 采用本实验的搅拌焊头焊接时，将旋转速度定为1500rpm/min，此时，焊接速度若高于35mm/min，会看到焊缝的一侧产生未焊合或在搅拌焊头的后面出现长长的沟槽；当焊接速度低于23.5mm/min时，则焊缝表面发生凹陷或在焊缝某一侧产生切边现象，同时，在焊缝的背面会出现由于过热而形成的缩孔。当焊接速度在23-40mm/min范围内，焊缝的外观成型较好；拉伸试验结果表明，当焊接速度在35-60mm/min范围内时，焊缝的抗拉强度较高。如果将旋转速度降低为1180rpm/min，焊接速度为23-45mm/min时，焊缝的外观成型及接头的抗拉强度均较高。这是由于焊接速度影响单位长度焊缝上的热输入量，旋转速度一定而焊接速度过慢时，单位长度焊缝上获得的热量过多，使焊接区温度接近母材的熔化温度而出现局部过热甚至熔化现象；反之，当焊接速度过快时，焊接区获得的

ISO 25239-5 2020 搅拌摩擦焊 铝 质量和检验要求(中文版)

ISO 25239-5:2020 搅拌摩擦焊—铝 第5部分：质量和检验要求 狮子十之八九译 目录 前言 引言 1 范围 2 引用标准（略） 3 名词和术语 4 质量要求 4.1 概述 4.2 焊接人员 4.3 检验和试验人员 4.4 设备 4.5 焊接工艺规程 4.6 搅拌摩擦焊搅拌头 4.7 焊接接头的准备与装配 4.8 预热温度和道间温度的控制 4.9 点固焊 4.10焊接 4.11焊后热处理 4.12检验和试验 4.13标识和可追溯性 附录A（标准）缺欠、试验和检验、验收要求和ISO6520-1代码文献（略）

ISO（国际标准化组织）是一个世界范围内的国家标准学会（ISO成员组织）的联合体。制定国际标准的工作经由ISO技术委员会归口负责。每个成员组织开发一个项目，由此便形成一个技术委员会，此成员组织有权代表该技术委员会。国际组织、政府与非政府机构协同ISO共同参与工作。ISO针对于电工标准化所有事宜和国际电工委员会（IEC）紧密合作。 本文件的制订和进一步修订程序在ISO/IEC 指令中第1部分中有描述，须特别注意针对不同类型的ISO文件，有不同的审批标准。本文件的起草符合ISO/IEC 指令中第2部分的相关规则(https://www.sodocs.net/doc/c04824995.html,/directives)。 请注意本文件有些部分可能涉及专利权。ISO不识别这些专利权。关于制订该文件所涉专利权的细节，见ISO 专利声明清单(见https://www.sodocs.net/doc/c04824995.html,/patent)。 本文档中使用的任何商业名称都是为了方便用户而提供的信息，而不是一种认可。 关于标准的自愿性质、ISO特定术语的含义以及与符合性评估有关的表达的含义，以及关于ISO 在技术性贸易壁垒(TBT)中遵守世界贸易组织(WTO)原则的信息，见https://www.sodocs.net/doc/c04824995.html,/iso/foreword.html。 ISO 25239-1由IIW国际焊接学会起草，该学会已被批准为国际标准化机构，第三委员会，电阻焊，固态焊接及相关连接工艺，在焊接领域，通过与欧洲标准化委员会（CEN）技术委员会CEN/TC 121《焊接及相关工艺》的合作，ISO理事会根据ISO与CEN之间的技术合作协议（维也纳协议）。 此第二版代替失效的第一版（ISO 25239-5：2011），此版本有技术性修改。 与上一版相比，主要变化如下： —附录A中增加了评估焊接质量的三种不同验收等级的定义； —表A.1中增加了以下缺欠：角度偏差、接头区域变形、表面破裂空腔、固体夹杂、接头残余和多重缺陷；—无损检测和目视检测人员的要求符合ISO 17637 ISO 25239系列标准的所有部分可在ISO网页搜索。 对于本标准的任何官方问题，应通过您所在国家标准委员会递交给ISO/TC44/SC10的秘书处。这些机构列表见https://www.sodocs.net/doc/c04824995.html,。

搅拌摩擦焊资料

搅拌摩擦焊 一、搅拌摩擦焊的定义及原理 搅拌摩擦焊（Friction Stir Welding，简称FSW）是基于摩擦焊技术的基本原理，由英国焊接研究所（TWI）于1991年发明的一种新型固相连接技术。与常规摩擦焊相比，其不受轴类零件的限制，可进行板材的对接、搭接、角接及全位置焊接。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；因而，搅拌摩擦焊是一种经济、高效、高质量的“绿色”焊接技术，被誉为“继激光焊后又一次革命性的焊接技术”。 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(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。 二．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。搅拌摩擦焊接过程如图所示: 三．搅拌摩擦焊工艺 （一）、搅拌摩擦焊接头形式 搅拌摩擦焊可以实现棒材一棒材、板材一板材的可靠连接，接头形式可以设计为对接、搭接、角接及T形接头，可进行环形、圆形、非线性和立体焊缝的焊接。由于重力对这种固相焊接方法没有影响，搅拌摩擦焊可以用于全位置焊接，如横焊、立焊、仰焊、环形轨道自动焊等。

ISO 25239-4 2011搅拌摩擦焊 铝 焊接工艺评定(中文版)

ISO 25239-4:2011 搅拌摩擦焊—铝 第4部分：焊接工艺评定 狮子十之八九译 目录 前言 引言 1 范围 2 引用标准（略） 3 名词和术语 4 符号和缩写 5 焊接工艺评定及过程 5.1 概述 5.2 pWPS中技术内容 6 基于焊接工艺试验的评定 6.1 概述 6.2 试件 6.3 试件的检验和试验 6.4 认可范围 6.5 焊接工艺评定报告 7 基于预生产试验的评定 7.1 概述 7.2 试样 7.3 试件的检验和试验 7.4 认可范围 7.5 焊接工艺评定报告 附录A（信息）预备焊接工艺评定 附录B（信息）非破坏试验 附录C（信息）搭接接头的锤击S弯曲试验附录D（信息）焊接工艺评定报告格式 文献（略）

ISO（国际标准化组织）是一个世界范围内的国家标准学会（ISO成员组织）的联合体。制定国际标准的工作经由ISO技术委员会归口负责。每个成员组织开发一个项目，由此便形成一个技术委员会，此成员组织有权代表该技术委员会。国际组织、政府与非政府机构协同ISO共同参与工作。ISO针对于电工标准化所有事宜和国际电工委员会（IEC）紧密合作。 本文件的起草符合ISO/IEC 指令中第2部分的相关规则。 由技术委员会通过国际标准草案提交成员国投票表决，需要得至少75%参加表决的成员国的同意，才能作为国际标准正式发布。 ISO25239-4是由国际焊接学会制订的，国际焊接学会已被ISO理事会批准为焊接领域的国际标准化机构。 ISO25239（总的的题目：搅拌摩擦焊—铝）系列标准有以下部分组成： ——第1部分：术语 ——第2部分：焊接接头的设计 ——第3部分：焊接操作工的资质 ——第4部分：焊接工艺评定 ——第5部分：质量和检验的要求 对于ISO25239的本部分的任何官方问题，应通过您所在国家标准委员会递交给ISO秘书处。

搅拌摩擦焊焊机操作规程(最新版)

( 操作规程 ) 单位：_________________________ 姓名：_________________________ 日期：_________________________ 精品文档 / Word文档 / 文字可改 搅拌摩擦焊焊机操作规程(最新 版) Safety operating procedures refer to documents describing all aspects of work steps and operating procedures that comply with production safety laws and regulations.

搅拌摩擦焊焊机操作规程(最新版) 1.打开电闸； 2.按下遥控器上的紧急停止按钮； 3.打开控制柜上电源开关，三个灯都亮，说明电源正常，否则关闭电源开关，检查有关开关和保险丝，直到检测出问题并修复为止； 4.启动操纵台上的电源开关，电源指示灯亮，给控制柜送电； 5.按控制柜上F4（手动）按钮，出现一个红色条框。正常情况没有向下的白色箭头，如果有按向下↓按钮，查看错误情况； 6.如果没有问题，打开遥控器上的红色按钮，这时主轴电机通电，工作灯亮； 7.进行编程或采用已有的程序； 8.在进行搅拌头位置调整时，向窗口方向为X＋，向窗口的反方

向为X—；向文件柜方向为Y＋，向文件柜反方向为Y—；向上为Z ＋，向下为Z—； 9.焊接结束后首先按下遥控器上的红色按钮，然后计算机关机，关闭操纵台上的电源开关，关闭控制柜上电源开关，关闭电闸。 云博创意设计 MzYunBo Creative Design Co., Ltd.

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。 3.搅拌摩擦焊的特点 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。通常在Al合金焊接时，一个工具钢搅拌头可焊到800m长的焊缝。 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。 目前搅拌摩擦焊主要是用在熔化温度较低的有色金属，如Al、cu等合金。这和搅拌头的材料选择及搅拌头的工作寿命有关。当然，这也和有色金属熔化焊接相对困难有关，迫使人们在有色金属焊接时寻找非熔化的焊接方法。对于延性好、容易发生塑性变形的黑色材料，

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

搅拌摩擦焊

目录 1绪论 (2) 2搅拌头的设计 (4) 2.1搅拌头材料的选择 (4) 2.2搅拌头结构尺寸设计 (5) 2.2.1轴肩 (5) 2.2.1搅拌针 (6) 3搅拌头的具体设计 (7) 3.1搅拌头的材料选择 (7) 3.2轴肩及搅拌针的具体设计尺寸 (7) 3.3轴肩及搅拌针的几何形状设计 (8) 3.3.1设计原理 (8) 3.3.2形状设计 (9) 参考文献 (10)

1绪论 搅拌摩擦焊( Friction Stir Welding，简称 FSW) 是由英国焊接研究所(The Welding Institute，简称 TWI)于1991年研究发明的一种先进的固相连接技术，被认为是自激光焊接问世以来最引人注目和最具潜力的连接技术[1]。其焊接工作原理如图1-1 所示，高速旋转的搅拌头扎入工件后沿焊接方向运动，在搅拌头与工件接触部位产生摩擦热，使其周围金属形成塑性软化层，软化金属在搅拌头的旋转作用下填充后方空腔并在轴肩与搅拌针的搅拌及挤压作用下实现材料连接。 图1.1 搅拌摩擦焊工作原理 FSW与弧焊、激光焊、电子束焊、钎焊和扩散连接等传统焊接方法相比，FSW具有高效低耗、焊接温度低、接头残余应力小、焊接工件变形小、环境友好等特点，特别在大规格薄板焊接中是其他焊接方法远不可相比的。经过20多年的发展，搅拌摩擦焊已经从技术研究迈向高层次的工程化和工业化应用阶段。被焊材料也已从铝合金逐渐扩展到镁合金、铅合金、铜合金、钢、钛合金以及复合材料等。目前，搅拌摩擦焊设备的制造和产品的加工在国内外已经成为一类高技术新兴产业。搅拌摩擦焊不仅具备普通摩擦焊技术的优点，由于搅拌头的灵活性还可以适应不同接头形式和位置的焊接。由于焊接过程中的热量仅仅能使被焊金属达到塑性状态，故焊接过程焊件的变形量小，焊接无需添料，焊接过程绿色环保、耗材少。应用方面，因为搅拌摩擦焊焊接过程操作简便，焊接缺陷少接头性能好，自动化程度高且生产周期短，现已被广泛用于造船业、车辆制造、飞机制造、航天制造等工业领域。