几种新型搅拌摩擦焊技术
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航空制造技术·2008 年第21 期
搅拌摩擦焊技术自1991年问世
以来就倍受业界瞩目，特别是1996年搅拌摩擦焊被成功应用于宇航结构件的焊接以后，在制造业掀起了技术研究、发展和推广应用的热潮[1-3]。双轴肩自适应搅拌
摩擦焊技术
搅拌摩擦焊作为一种先进的固几种新型搅拌摩擦焊技术
New Types of Friction Stir Welding Technology
大连交通大学 韩文妥 许鸿吉
北京航空制造工程研究所 李 光 董春林 栾国红
经过多年的发展和实践，新型的搅拌摩擦焊技术层出不穷，涉及领域广泛，其中最具代表性和创新性的新型搅拌摩擦焊技术有：双轴肩自适应搅拌摩擦焊技术、复合热源搅拌摩擦焊接技术、动态控制低应力无变形搅拌摩擦焊技术和双头搅拌摩擦焊技术。
韩文妥
大连交通大学与北京航空制造工
程研究所联合培养硕士研究生。从事
搅拌摩擦焊方面的研究。参与项目：“十一五”重点项目“新型精密焊接技术与装备研究”；航空基金重点项目“搅
拌摩擦焊应力与变形规律研究”、“飞机
整体结构件搅拌摩擦焊综合强度性能
基础研究” 等。相连接技术，已经在造船、航空航天、轨道交通等领域获得了广泛的应用。但是在一些特殊的加工过程中需要搅拌摩擦焊设备提供较大的焊接力，同时要求在焊接过程中对待焊
零件进行严格装夹（包括背部的刚性
支撑），这给某些特殊结构形式下实施F S W 造成了困难，如大直径火箭贮箱环缝结构的焊接等。而双轴肩自适应搅拌摩擦焊（Self-Reacting
Pin Tool，SRPT）技术成功地解决了上述问题。
1 原理
双轴肩自适应搅拌摩擦焊是通过上下轴肩夹持作用加紧工件，
下轴肩代替了常规搅拌摩擦焊的垫板装置。搅拌针与驱动装置及下轴肩相
连，
这样既可调节加载载荷又可调整下轴肩的位置。且上轴肩与单独的驱动轴相连，这种上下轴肩单独控制的方式使得自适应系统得以实现，并且使上下轴肩的顶锻力反向相等，
整个工件在垂直板件方向所受合力为
零。由于S R P T 采用了两个轴肩的模式，提高了焊缝背部的热输入，可以预防和降低焊缝背部缺陷。
与常规F S W 相比，S R P T 有两个独立控制的轴肩；常规F S W 焊件背面需要配套的刚性支撑垫板，而S R P T 焊件背面则不需要；常规F S W 被焊工件需要严格的装夹，焊件需要被垂直及侧向压紧，而S R P T 大大简化了装夹机构；常规F S W 焊缝背部常常是整个焊件的薄弱环节，S R P T 由于下轴肩的产热减小了从焊缝表面到背部的温度梯度，降低了焊缝的热损耗，提高了热效率，因此可以很好地消除焊缝背部未焊透等缺陷。
2 试验验证与工程应用
Edwards 等[4]成功地应用双轴肩自适应搅拌摩擦焊技术对薄板铝合金进行了焊接，试验表明：在薄板焊接领域此技术可以实现1.8m m 及
更薄的铝合金型材的焊接；焊接速度可以达到1m/m i n以上；对2m m 厚A l6061铝合金的试验表明，焊缝强度系数可达88%，而且强度系数还可以进一步提高。
T W I的研究表明[5]：双轴肩技术可以在较低的轴向顶锻力下焊接25m m厚的铝板；此项技术可以提供完全焊透的焊缝，不会出现未焊透和其他根部缺陷。
复合热源搅拌摩擦焊技术
复合焊接是指为了满足材料加工的要求，将2种或2种以上单一焊接方法集于一体，取长补短，从而形成新的、更为先进的焊接方法。由于搅拌摩擦焊过程中，焊接热能主要是搅拌头与工件间的摩擦产热及塑性变形产热，其特殊的产热方式决定了在焊接高熔点、大厚度合金时焊接速度往往较低。为克服上述不足，焊接工作者们不断研究开发出多种F S W 复合技术，如以感应热、电阻热、电弧、激光、等离子弧等做为辅助热源的复合搅拌摩擦焊接技术[6-7]。
但这些方法在实际应用中总存在这样或那样的缺点，如以感应热为辅助热源的复合搅拌摩擦焊接技术，无法利用感应线圈在特定位置上精确加热，只适用于导磁性材料。并且感应电流可能会横越焊接路径形成不良的放电火花等。而以电阻热为辅助热源的复合搅拌摩擦焊接技术只适用于导电材料，需要对搅拌头进行特殊处理以避免其导电等。目前国际上在此领域的研发工作主要是以激光为辅助热源的复合搅拌摩擦焊技术(Laser Assisted Friction Stir Welding，LAFSW)和以等离子弧为辅助热源的复合搅拌摩擦焊技术(Plasma Arc Assisted Friction Stir Welding，PAFSW)[6-8] 。
1 以激光为辅助热源的复合搅拌摩
擦焊技术
以激光为辅助热源的复合搅拌摩擦焊技术在焊接过程中采用高能
激光束预热搅拌头前方待焊接试件。
试件在激光的作用下受热变软，在
随激光跟进的搅拌头旋转、摩擦、锻
压作用下最终形成牢固的接头。G.
K o h n等人发现通过对激光能量及
作用区域的控制，可以准确控制焊接
热输入的大小和工件预热区域的范
围，避免了搅拌头和夹持装置受到激
光热能的影响。
由于L A F S W采用激光预热搅
拌摩擦焊跟进焊接的新型模式，使搅
拌头前方工件在搅拌头到达要焊部
位前事先软化，减少了搅拌工具进给
和旋转的阻力，减小了工件的受力，
同时可以提高焊接速度。所以这种
模式不但可以减小搅拌头的损耗，也
可以简化工件夹持机构或降低工件
夹持所需的装卡力，提高焊接效率。
G. K o h n等人[8]对4m m厚的
A Z91镁合金板进行了L A F S W焊
接试验。搅拌头轴肩尺寸20m m，圆
柱搅拌针直径9m m，针长4m m。激
光束在旋转工具前方被完全聚焦成
直径1c m的光点。采用点焊将热电
隅接至试验试片表面以校正焊件温
度。激光功率设定为200W，利用此
能量将实验试片加热至320℃左右。
而焊件只用4个螺栓固定在试验台
上。搅拌头转速为1700r/min，焊接
速度50m m/m i n。从试验件焊后宏
观照片看，采用L A F S W技术可以
焊接出表面成型良好，且无缺陷的焊
缝。
L A F S W存在的问题是激光在
某些反射率高的材料表面会产生反
射，激光能的利用率低，造成能源浪
费。如果在这些材料表面涂覆防反
射材料，会造成工艺上的复杂。为了
减少激光能的反射率，采用在焊缝处
开坡口的方法，此方法在一定程度
上减少了激光的反射，但是用来填
充焊缝的金属减少了，易形成塌陷。
L A F S W的研究还有待深入，后续工
作主要集中在针对不同材料找出激
光与摩擦焊接参数的组合参数；对
L A F S W的焊接变形进行测量和控
制等。
2 以等离子弧为辅助热源的复合搅
拌摩擦焊技术
以等离子弧为辅助热源的复合
搅拌摩擦焊原理与L A F S W原理类
似，只是预热能量的来源不同。焊接
时，搅拌头在电机驱动下高速旋转并
沿待焊工件的对接面压入待焊工件，
当搅拌头的轴肩与待焊工件紧密接
触后，搅拌头沿对接面向前移动实现
焊接，焊接区域在搅拌头产生的摩擦
热与等离子弧产生的辅助热量共同
作用下发生塑化，最终在搅拌头后部
形成焊缝。
此项技术由于采用了高能辅助
热源等离子弧与搅拌摩擦焊复合的
方式，大大拓宽了搅拌摩擦焊的适用
范围，减少了搅拌头的顶锻力和焊接
时向前运动的阻力，大大降低搅拌头
的磨损，提高了搅拌头的寿命；同时
提高了焊接效率，并且为以后航空航
天领域对其它高熔点和高硬度材料
的焊接打下基础。
刘会杰等人[6,9]在国内率先开
展了以等离子弧为辅助热源的搅拌
摩擦研究。试验材料为航天工业中
常用来做为燃料贮箱材料的2219-
T6铝合金。试验所用的焊接设备为
F S W-3L M-003型搅拌摩擦焊机和
Plasma fine 15等离子弧焊机。采
用机械方法将等离子枪与搅拌摩擦
焊机相连，等离子枪与搅拌头的距离
为 25mm。
对常规F S W研究表明[6]，当转
速为800r/m i n时，形成无焊接缺
陷接头的最高焊接速度为260m m/
m i n。最高抗拉强度可以达到
341M P a，是母材强度的82%，接头
全部断在热影响区内，断裂形式为
混合断裂。通过对接头沉淀相及焊
接热循环的研究发现，热影响区内
的θ′相粗化是造成其软化的主要
原因，并且焊速过低会导致θ′相
2008年第21 期·航空制造技术49
粗化的时间变长，导致力学性能的降低。因此，为了提高焊接接头力学性能，应该采用焊接时间较短的焊接规范。
对以等离子弧为辅助热源的搅拌摩擦焊的研究表明[6,9]，当转速为 800r/m i n时，形成无焊接缺陷接头的最高焊接速度为600m m/m i n，接头最高抗拉强度达到360M P a，是母材强度的86%，接头全部断在焊核区内，断口为混合型断口。通过对焊接热循环的研究表明，热影响区的高温保持时间很短，θ′相粗化程度减小。而焊核区内形成粗大的θ相所造成的接头软化，并没有由于晶粒的细化所弥补，形成了接头中最薄弱的区域。
可见此项技术能够实现常用航空航天材料2219-T6铝合金的可靠连接，在保证了接头力学性能的前提下，将焊接速度提高了1倍，这充分说明这一新技术的可行性，且工艺简单，易于实现。随着此项技术的不断完善发展，必将为我国航空航天事业做出更大的贡献。
动态控制低应力无变形搅拌
摩擦焊技术
搅拌摩擦焊热输入低，较熔焊相比构件焊后残余应力低、变形相对较小。但薄壁铝合金结构搅拌摩擦焊的焊接应力与变形问题还是表现得很突出，与工程实际的要求有一定差距。有学者认为F S W焊接残余应力与其他焊接方法得到的接头残余应力大小类似，纵向残余应力的最大值接近材料的屈服应力[10-12]。
北京航空制造工程研究所中国搅拌摩擦焊中心，基于关桥院士发明的动态控制低应力无变形（Dynamically Controlled Low Stress No Distortion, DC-LSND）焊接法，设计开发了新型的阵列式射流冲击热沉装置，将D C-L S N D技术应用于搅拌摩擦焊过程，达到了控制F S W焊接残余应力和失稳变形
的目的[13]。
1 原理
D C-L S N D F S W技术成功地
将低应力无变形焊接法应用于搅拌
摩擦焊中，在焊接热源的适当部位，
设置一个能对焊缝局部产生急冷作
用的热沉，与焊接热源构成热源—热
沉系统，在焊接过程中形成一个畸变
的温度场。虽然此项技术在开始施
焊时同常规F S W一样会在焊缝区
产生缩短的不协调应变，但热沉的存
在使高温焊缝的热量向热沉方向传
导，减少了热量积累，使高温区范围
变窄。同时，由于焊缝受冷急剧收缩，
减少了焊缝及其附近区域金属在焊
接过程中产生的压缩塑性应变。因
此，残余拉应力区域和残余拉应力大
小都得到控制，相应的焊缝两侧的残
余压应力也降到较低的水平，从而可
以使薄壁构件不发生翘曲失稳变形。
D C-L S N D F S W设备主要由压缩
空气系统、冷却水系统、控制系统和
阵列式射流冲击热沉组成。热沉对
搅拌头形成半包围状态，同时焊接前
方采用压缩空气将多余的冷却水吹
向后方，防止水及杂质进入未焊合的
焊缝，影响接头性能[10-13]。
2 技术特点
D C-L S N D F S W设备的核心
部分——热沉系统是依据阵列式
射流冲击原理设
计而成的。该热
沉系统可以根据
F S W焊接过程中
各个区域温度的
分布，设置不同的
微射流孔直径和
分布密度，从而形
成不同的冷却效
果。热沉喷嘴还
可以根据需要制作成不同的形状，
结合不同的微射流冲击孔的分布形
式，主动控制F S W焊接区域的温度
场和热弹塑性应力应变场，从而达到
F S W低应力无变形的焊接效果。由
于采用压缩空气将多余的冷却水吹
向搅拌头的后方，因此避免了冷却水
侵入焊缝。所以此技术可以在控制
焊接变形的同时，可得到成型美观、
性能优良的焊缝。
3 试验验证
李光等人[13]对5083、6082、
2A12等工程常用铝合金进行了
D C-L S N D F S W与常规F S W焊接
对比试验，结果如下：
D C-L S N D焊接技术可以
有效减小F S W焊接变形，1000
m m×100 m m×3.5m m 5083铝合
金常规F S W焊接后局部翘曲变形
十分明显，而D C-L S N D F S W焊后
则基本无变形，如图1。D C-L S N D
F S W接头残余应力分布规律与常规
搅拌摩擦焊接头残余应力分布类似，
但应力峰值比常规焊降低50%以上，
残余拉应力分布范围变窄,如图2
所示。
D C-L S N D F S W与常规
F S W焊缝氢含量的的对比分析表
明，5A06铝合金母材中氢含量为
0.002350%（相对质量分数），常规
F S W焊缝中氢含量为0.002349%，
而采用D C-L S N D方法获得的
F S W焊缝中氢含量为0.002350%。
可见，阵列射流冲击热沉系统对搅
拌摩擦焊具有较好的工艺适用性，
彻底排除了冷却水侵入F S W焊缝
的可能。接头力学性能分析表明，
对热处理不可强化的5A06-O铝合
金,D C-L S N
D F S W接头性能没有
图1 DC-LSND与常规FSW焊后变形比较
50航空制造技术·2008年第21 期
2008 年第21 期·航空制造技术
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明显影响；对热处理可强化的6082-T6铝合金，接头拉伸性能较常规F S W 接头可提高8%左右，且接头弯曲性能良好，可达到弯曲180°无
裂纹。
D C -L S N D F S W 技术是动态低应力无变形焊接法和阵列式射流冲击换热原理在搅拌摩擦焊中的成功应用，可谓强强联合。其对焊接变形和残余应力的控制效果突出，且工艺适用性好，具有良好的技术、经济价值和广阔的应用前景。
双头搅拌摩擦焊技术
1 原理
双头搅拌摩擦焊（Twin-stir ? F S W）采用两个转动相反的搅拌头同时进行焊接，由于两个搅拌头转动方向相反，产生的工作扭矩因相互抵消而减弱，焊接过程中采用较小的侧向装夹力就能实现可靠的连接[14-15]。在双搅拌头复杂的机械力和摩擦热的作用下，塑性金属的流动、焊接温度场、应力应变场都将收到影响，这会对焊件性能产生很大的影响。2 Twin-stir TM FSW 的几种形式及其特点目前，双头搅拌摩擦焊有3种方式[14-15]，分别是：
（1）平行并列式双头（Parallel Twin-stir）搅拌摩擦焊，该方式采用两个转向相反的搅拌头，按照平行并列方式排布，一同沿焊接方向移
动。这种工艺方法最适合用于焊接
搭接接头，
它可以使搭接焊的缺陷出现在两个焊缝之间。
（2）前后一字排列式双头（Tandem Twin-stir）搅拌摩擦焊，该方式按焊接方向，
两个搅拌头一前一后排布，
转向相反。这种方式适用于所有F S W 接头形式，
后面搅拌头的主要作用在于对前面搅拌头焊接
后的残留氧化膜进行完全破碎，提高
了焊接接头质量。
常规搅拌摩擦焊焊缝经过二次焊接（搅拌头旋向相反），可使氧化膜完全破碎弥散分布，而不会损伤接头的机械性能。采用双搅拌头前后一字排列的F S W 方法，在前方搅拌头的作用下，材料已经软化，这样就降低了对后方跟进的搅拌头的要求。（3）前后交错排列式双头（Staggered Twin-stir）搅拌摩擦焊，该方式沿焊接方向，两个搅拌头前后交错排列，并非与焊缝中心线平行，采用这种方式可以形成更宽的焊缝区域。两个搅拌头重叠区域的氧化膜将得到更好的破碎和弥散性分布。该方法的突出之处在于第二个搅拌头位置可调，可以覆盖前方搅拌头的焊接区域，消除焊缝减薄。且焊缝区晶粒细化，氧化膜破碎完全，呈弥散分布。3 试验验证
TWI 采用Twin-stir TM 搅拌头进行了双头搅拌摩擦焊焊接，试验采
用前后一字排列式双头搅拌摩擦焊
方式焊接6083-T6铝合金材料。
通过金相分析发现，前后一字排列式双头搅拌摩擦焊接接头与常规搅拌摩擦焊焊缝区域情况类似，焊核区晶粒细小，但存在少数表面粉碎氧化物。但在6m m 厚6082-T6铝合金一字排列式双头搅拌摩擦焊搭接接头中，无论前进侧还是后退侧的焊缝区域残留氧化物均有所减少，前后交错排列式双头搅拌摩擦焊3m m 厚5083 - H111铝合金搭接接头的金相分析表明，焊接区域尺寸可达板厚度的4.3倍。
无论是前后排列、平行排列、还是交错排列式双头搅拌摩擦焊，优点远远大于其不足之处。
多头系统可以确保在较小的扭矩下实现材料的可靠连接。采用前后交错排列式双头搅拌摩擦焊工艺，用于材料加工和搭接焊具有独特优势，而且可以在更大的对接间隙下实现对接接头的可靠连接。双头搅拌摩擦焊的研究刚刚起步，迄今为止，T W I 采用两个（或更多）旋向相反的搅拌头同时焊接，这将会开辟一个新的研究领域。更多搅拌头同时焊接可以产生更多的热量，该方法可能成为钢及其他高温合金搅拌摩擦焊中的一大优势[14-15]。
结束语
随着以上几种新型搅拌摩擦焊技术的不断发展和完善，搅拌摩擦焊的发展空间会得到进一步的拓展，新型搅拌摩擦焊技术必将推动制造业更快更好地发展，同时这些新技术也必将拥有更广阔的市场，在不久的将来必将迎来快速的发展和应用的高峰。
本文有参考文献15篇，因篇幅所限未能一一列出，读者如有需要，请与本刊编辑部联系。
(责编 微凉)
图 2 3mm 厚5A06铝合金纵向残余应力比较[13]
160
14012010080604020 -20-40
DC-FSF 常规
-80-60-40-2020406080
残余应力/M P a
距焊缝中心距离X /mm
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。
CO2气体保护焊工艺参数
CO2气体保护焊工艺参数 CO2气体保护焊工艺参数除了与一般电弧焊相同的电流、电压、焊接速度、焊丝直径及倾斜角等参数以外，还有CO2气体保护焊所特有的保护气成分配比及流量、焊丝伸出长度、保护气罩与工件之间距离等对焊缝成形和质量有重在影响。 ⑴焊接电流和电压的影响。与其他电弧焊接方法相同的是，当电流大时焊缝熔深大，余高大；当电压高时熔宽大，熔深浅。反之则得到相反的焊缝成形。同时焊接电流律为送丝速度大则焊接电流大，熔敷速度大，生产效率高。采用恒压电源等速成送丝系统时，一般规律为送丝速度大则焊接电流大，熔敷速度随之增大。但对CO2气体保护焊来说，电流、电压对熔滴过渡形式有更为特殊的影响，进而影响焊接电弧的稳定性及焊缝形成。因而有必要对熔滴过渡形式进行更深一步的阐述。 在电弧焊中焊丝作为外加电场的一极（用直流电源，焊丝接正极时称为直流反接，接负极时称为直流正接），在电弧激发后被产生的电弧热熔化而形成熔滴向母材熔池过渡，其过渡形式有多种，因焊接方法、工艺参当选变化而异，对于CO2气体保护焊而言，主要存在三种熔滴过渡形式，即短路过渡、滴状过渡、射滴过渡。以下简过这三种过渡形式的特点、与工艺参数（主要是电流、电压）的关系以及其应用范围。 短路过渡。短路过度是在细焊丝、低电压和小电流情况下发生的。焊丝熔化后由于斑点压力对熔滴有排斥作用，使熔滴悬挂于焊丝端头并积聚长大，甚至与母材的深池相连并过渡到熔池中，这就是短路过渡形式，见
下图： （）短路前（）短路时（）短路后 1）过渡主要特征是短路时间和短路频率。影响短路过渡稳定性的因素主要是电压，电压约为18~21V时，短路时间较长，过程较稳定。 焊接电流和焊丝直径也即焊丝的电流密度对短路过渡过程的影响也很大。在表（1）中列出了不同焊丝直径时的允许电流范围和最佳电流范围。在最佳电流范围内短路频率较高，短路过渡过程稳定，飞溅大，必须采取增加电路电感的方法以降低短路电流的增长速度，避免产生熔滴的瞬时爆炸和飞溅。另外一个措施是采用Ar-CO2混合气体（各约50%），因富Ar 气体下斑点压力较小，电弧对熔滴的排斥力较小，过程比较稳定和平静。细焊丝工作范围较宽，焊接过程易于控制，粗焊丝则工作范围很窄，过程难以控制。因此只有焊丝直径在ф1.2mm以下时，才可能采用短路过渡形式。短路过渡形式一般适用于薄钢板的焊接。 CO2气体保护焊稳定短路过渡时不同焊丝直径的电流范围
二氧化碳气体保护焊工艺参数
二氧化碳保护焊接规范和操作工艺作业指导书分类:默认栏目 二氧化碳保护焊接规范和操作工艺作业指导书 二氧化碳气体保护焊用的CO 2气体，大部分为工业副产品，经过压缩成液态装瓶供应。在常温下标准瓶满瓶时，压力为5～7MPa(5 O～7 Okgf／cm2)。低于1 MPa(1 0个表压力)时，不能继续使用。焊接用的C02气体，一般技术标准规定的纯度为9 9％以上，使用时如果发现纯度偏低，应作提纯处理。 二氧化碳气体保护焊进行低碳钢和低合金钢焊接时，为保证焊缝具有较高的机械性能和防止气孔产生，必须采用含锰、硅等脱氧元素的合金钢焊丝，同时还应限制焊丝中的含碳量。其中H08Mn 2SiA使用较多，主要用于低碳钢和低合金钢的焊接；H 04Mn 2SiTiA含碳量很低，而且含有0．2％～0．4％的钛元素，抗气孔能力强，用在对致密性要求高的焊缝上。 二氧化碳气体保护焊的规范参数包括电源极性、焊丝直径、电弧电压、焊接电流、气体流量、焊接速度、焊丝伸出长度、直流回路电感等。 (一)电源极性二氧化碳气体保护焊焊接一般材料时，采用直流反接；在进行高速焊接、堆焊和铸铁补焊时，应采用直流正接。 (二)焊丝直径二氧化碳气体保护焊的焊丝直径一般可根据表选择。 (三)电弧电压和焊接电流对于一定直径的焊丝来说，在二氧化碳气体保护焊中，采用较低的电弧电压，较小的焊接电流焊接时，焊丝熔化所形成的熔滴把母材和焊丝连接起来，呈短路状态称为短路过渡。大多数二氧化碳气体保护焊工艺都采用短路过渡焊接。当电弧电压较高、焊接电流较大时，熔滴呈小颗粒飞落称为颗粒过渡。∮1．6或∮2．0mm的焊丝自动焊接中厚板时，常采用这种过渡。∮3mm以上的焊丝应用较少。∮O．6～∮1．2mm的焊丝主要采用短路过渡，随着焊丝直径的增加，飞溅颗粒的数量就相应增加。当采用∮1．6mm的焊丝，仍保持短路过渡时，飞溅就会非常严重。 二氧化碳气体保护焊焊丝直径选用表(mm) 母材厚度 ≤4 >4 焊丝直径 0．5～1．2 1．O～1．6
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.360docs.net/doc/7213401471.html, DOI: 10.1016/S1003-6326(11)61284-3
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。
二氧化碳气体保护焊焊接工艺
二氧化碳气体保护焊焊接工艺 适用围：本工艺适用于钢结构制作与安装二氧化碳气体保护焊焊接工艺。工艺规定了一般低碳钢、普通低合金钢的二氧化碳气体保护焊的基本要求。凡各工程的工艺中无特殊要求的结构件的二氧化碳气体保护焊均应按本工艺规定执行。 第一节材料要求 1.1 钢材及焊接材料应按施工图的要求选用，其性能和质量必须符合国家标准和行业标准的规定，并应具有质量证明书或检验报告。如果用其它钢材和焊材代换时，须经设计单位同意，并按相应工艺文件施焊。 1.2 焊丝焊丝成份应与母材成份相近，主要考虑碳当量含量，它应具有良好的焊接工艺性能。焊丝含C量一般要求<0.11%。其表面一般有镀铜等防锈措施。目前我国常用的CO2气体保护焊焊丝是H08Mn2SiA，其化学成分见GB1300-77。它适用于焊接低碳钢和抗拉强度为500MPa级的低合金结构钢。H08Mn2SiA焊丝熔敷金属的机械性能详见GB8110-87《二氧化碳气体保护焊用焊丝》。 1.3CO2气体纯度不低于99.5%，含水量和含氧量不超过0.1%，气路系统中应设置干燥器和预热装置。当压力低于10个大气压时，不得继续使用。 1.4焊件坡口形式的选择 要考虑在施焊和坡口加工可能的条件下，尽量减小焊接变形，节省焊材，提高劳动生产率，降低成本。一般主要根据板厚选择（见《气焊、手工电弧焊及气体保护焊焊缝坡口的基本形式与尺寸》GB985-88）。 1.5 不同板厚的钢板对接接头的两板厚度差(δ-δ1)不超过表5.1规定时，则焊缝坡口的基本形式与尺寸按较厚板的尺寸数据来选择；否则应在厚板上作出如表中图示的单面a）或双面削薄b），其削薄长度L≥3(δ-δ1)。
CO2气体保护焊焊接参数
二氧化碳焊接工艺--焊接工艺指导书（CO2焊） 一、基本原理 CO2气体保护焊是以可熔化的金属焊丝作电极，并有CO2气体作保护的电弧焊。是焊接黑色金属的重要焊接方法之一。 二、工艺特点 1. CO2焊穿透能力强，焊接电流密度大（100-300A/m2），变形小，生产效率比焊条电弧焊高1-3倍 2. CO2气体便宜，焊前对工件的清理可以从简，其焊接成本只有焊条电弧焊的40%-50% 3. 焊缝抗锈能力强，含氢量低，冷裂纹倾向小。 4. 焊接过程中金属飞溅较多，特别是当工艺参数调节不匹配时，尤为严重。 5. 不能焊接易氧化的金属材料，抗风能力差，野外作业时或漏天作业时，需要有防风措施。 6. 焊接弧光强，注意弧光辐射。 三、冶金特点 CO2焊焊接过程在冶金方面主要表现在： 1. CO2气体是一种氧化性气体，在高温下分解，具有强烈的氧化作用，把合金元素烧损或造成气孔和飞溅等。解决CO2氧化性的措施是脱氧，具体做法是在焊丝中加入一定量脱氧剂。实践表明采用Si-Mn脱氧效果最好，所以目前广泛采用H08Mn2SiA/H10Mn2Si等焊丝。 四、焊接材料 1. 保护气体CO2 用于焊接的CO2气体，其纯度要求≥99.5%，通常CO2是以液态装入钢瓶中，容量为40L的标准钢瓶可灌入25Kg的液态CO2，25Kg的液态CO2约占钢瓶容积的80%，其余20%左右的空间充满气化的CO2。气瓶压力表上所指的压力就是这部分饱和压力。该压力大小与环境温度有关，所以正确估算瓶内CO2气体储量是采用称钢瓶质量的方法。（备注：1Kg的液态CO2可汽化509LCO2气体） 2. CO2气瓶外表漆黑色并写有黄色字样 3. 市售CO2气体含水量较高，焊接时候容易产生气孔等缺陷，在现场减少水分的措施为： 1) 将气瓶倒立静置1-2小时，然后开启阀门，把沉积在瓶口部的水排出，可放2-3次，每次间隔30分钟，放后将气瓶放正。 2) 倒置放水后的气瓶，使用前先打开阀门放掉瓶上面纯度较低的气体，然后在套上输气管。 3) 在气路中设置高压干燥器和低压干燥器，另外在气路中设置气体预热装置，防止CO2气中水分在减压器内结冰而堵塞气路。 2. 焊接材料（焊丝） 1.）焊丝要有足够的脱氧元素 2.）含碳量Wc≤0.11%，可减少飞溅和气孔。
二氧化碳气体保护焊的焊接参数设定
二氧化碳气体保护焊的焊接参数设定 二氧化碳气体保护焊的焊接参数有：焊丝直径、焊接电流、电弧电压、焊接速度、气体流量、干伸长度、电源极性、回路电感、焊枪倾角。 一、焊丝直径，焊丝直径影响焊缝熔深。本文就最常用的焊丝直径1.2mm实心焊丝展开论述。牌号：H08MnSiA。焊接电流在150~300时，焊缝熔深在6~7mm。 二、焊接电流，依据焊件厚度、材质、施焊位置及要求的过渡形式来选择焊接电流的大小。短路过渡的焊接电流在110~230A之间（焊工手册为40~230A）；细颗粒过渡的焊接电流在250~300A之间。焊接电流决定送丝速度。焊接电流的变化对熔池深度有决定性的影响，随着焊接电流的增大，熔深明显增加，熔宽略有增加。 三、电弧电压，电弧电压不是焊接电压。电弧电压是在导电嘴和焊件之间测得的电压，而焊接电压是焊机上的电压表所显示的电压。焊接电压是电弧电压与焊机和焊件间连接的电缆上的电压降之和。通常情况下，电弧电压在17~24V之间。电压决定熔宽。 四、焊接速度，焊接速度决定焊缝成形。焊接速度过快，熔深和熔宽都减小，并且容易出现咬肉、未熔合、气孔等焊接缺陷；过慢，会出现塌焊、增加焊接变形等焊接缺陷。通常情况下，焊接速度在80mm/min比较合适。 五、气体流量，CO2气体具有冷却特点。因此，气体流量的多少决定保护效果。通常情况下，气体流量为15L/min；当在有风的环境中作业，流量在20L/min以上（混合气体也应当加热）。 六、干伸长度，干伸长度是指从导电嘴到焊件的距离。保证干伸长度不变是保证焊接过程稳定的重要因素。干伸长度决定焊丝的预热效果，直接影响焊接质量。当焊接电流、电压不变，焊丝伸出过长，焊丝熔化快，电弧电压升高，使焊接电流变小，熔滴与熔池温度降低，会造成未焊透、未熔合等焊接缺陷；过短，熔滴与熔池温度过高，在全位置焊接时会引起铁水流失，出现咬肉、凹陷等焊接缺陷。根据焊接要求，干伸长度在8~20mm之间。另外，干伸长
几种新型搅拌摩擦焊技术
几种新型搅拌摩擦焊技术 搅拌摩擦焊技术自1991年问世以来就倍受业界瞩目，特别是1996年搅拌摩擦焊被成功应用于宇航结构件的焊接以后，在制造业掀起了技术研究、发展和推广应用的热潮[1-3]。 双轴肩自适应搅拌摩擦焊技术 搅拌摩擦焊作为一种先进的固相连接技术，已经在造船、航空航天、轨道交通等领域获得了广泛的应用。但是在一些特殊的加工过程中需要搅拌摩擦焊设备提供较大的焊接力，同时要求在焊接过程中对待焊零件进行严格装夹（包括背部的刚性支撑），这给某些特殊结构形式下实施FSW造成了困难，如大直径火箭贮箱环缝结构的焊接等。而双轴肩自适应搅拌摩擦焊（Self-ReactingPin Tool，SRPT）技术成功地解决了上述问题。 1 原理 双轴肩自适应搅拌摩擦焊是通过上下轴肩夹持作用加紧工件，下轴肩代替了常规搅拌摩擦焊的垫板装置。搅拌针与驱动装置及下轴肩相连，这样既可调节加载载荷又可调整下轴肩的位置。且上轴肩与单独的驱动轴相连，这种上下轴肩单独控制的方式使得自适应系统得以实现，并且使上下轴肩的顶锻力反向相等，整个工件在垂直板件方向所受合力为零。由于SRPT采用了两个轴肩的模式，提高了焊缝背部的热输入，可以预防和降低焊缝背部缺陷。 与常规 FSW 相比，SRPT有两个独立控制的轴肩；常规FSW焊件背面需要配套的刚性支撑垫板，而SRPT焊件背面则不需要；常规FSW被焊工件需要严格的装夹，焊件需要被垂直及侧向压紧，而 SRPT大大简化了装夹机构；常规FSW焊缝背部常常是整个焊件的薄弱环节，SRPT由于下轴肩的产热减小了从焊缝表面到背部的温度梯度，降低了焊缝的热损耗，提高了热效率，因此可以很好地消除焊缝背部未焊透等缺陷。 2 试验验证与工程应用 Edwards 等[4]成功地应用双轴肩自适应搅拌摩擦焊技术对薄板铝合金进行了焊接，试验表明：在薄板焊接领域此技术可以实现1.8mm及更薄的铝合金型材的焊接；焊接速度可以达到1m/min以上；对2mm厚A l6061铝合金的试验表明，焊缝强度系数可达88%，而且强度系数还可以进一步提高。 TWI的研究表明[5]：双轴肩技术可以在较低的轴向顶锻力下焊接25mm厚的铝板；此项技术可以提供完全焊透的焊缝，不会出现未焊透和其他根部缺陷。 复合热源搅拌摩擦焊技术
近现代最伟大的发明之一——搅拌摩擦焊
搅拌摩擦焊接夹具助推工业自动化 宁波友智机械科技有限公司，是专业从事创新型环保节能设备、自动化夹具的高新技术企业；致力于为客户提供优质的机械自动化整体解决方案，特别是搅拌摩擦焊接夹具的技术支持，可根据不同客户的需求，进行自主设计、生产，近日，宁波某上市公司向我司采购搅拌摩擦焊机及夹具三套。 免费的三维实体夹具模型设计，提供工业自动化整体解决方案，将最好的服务带给每位客户。 搅拌摩擦焊接技术在新能源汽车领域的应用。为达到汽车轻量化的目的，汽车中的多个位置需要铝合金，但各个位置所需铝合金的种类不同，对其焊接性及焊接方法的适应性要求比较高。在传统焊接中，焊接后容易出现焊接质量缺陷，变形难控制等问题。搅拌摩擦焊接能够有效地避免这些问题，焊接后的产品性能优异，被广泛认为是焊接铝及其合金的最佳连接方式，在汽车制造工业中有着广泛的应用前景。 目前，搅拌摩擦焊接主要是用于底盘、驱动电机外壳、控制模组、副车架、车门车窗、电池水冷板、散热器、导电杆等部位的焊接，也将在未来新能源汽车制造中占据更大的适用空间。
搅拌摩擦焊接以其绿色焊接的形象走入人们的视野，凭借其强大的焊接能力以及快速便捷的焊接方式，为智能工业的实现，做出了极大的贡献。搅拌摩擦焊接技术的实现，在降低成本方面，具有显著的优势，其焊接本身只需要消耗搅拌焊头，这样一来，大大地减少了焊接过程中所花费的其他费用。而焊头根据质量不同，其本身消耗也不同，但是据了解，平均搅拌焊头能运行的距离大概在1200米左右，而焊头本身的成本是相当低的。 工业自动化工程，推动的是整体的自动化服务，从而更好地解放人力，也能在一定程度上提升加工的精细度，随着搅拌摩擦焊接技术在新能源汽车领域得到广泛应用，而我司，在不断的业务发展过程中，也针对搅拌摩擦焊接技术，融合公司本身成熟的夹具设计技术，研发、设计了搅拌摩擦焊接夹具，为您提供整体的搅拌摩擦焊接解决方案。 以下是友智制造的搅拌摩擦焊接夹具，其满足当代工业自动化的需求。
几种新型搅拌摩擦焊技术
48 航空制造技术·2008 年第21 期 搅拌摩擦焊技术自1991年问世 以来就倍受业界瞩目，特别是1996年搅拌摩擦焊被成功应用于宇航结构件的焊接以后，在制造业掀起了技术研究、发展和推广应用的热潮[1-3]。双轴肩自适应搅拌 摩擦焊技术 搅拌摩擦焊作为一种先进的固几种新型搅拌摩擦焊技术 New Types of Friction Stir Welding Technology 大连交通大学 韩文妥 许鸿吉 北京航空制造工程研究所 李 光 董春林 栾国红 经过多年的发展和实践，新型的搅拌摩擦焊技术层出不穷，涉及领域广泛，其中最具代表性和创新性的新型搅拌摩擦焊技术有：双轴肩自适应搅拌摩擦焊技术、复合热源搅拌摩擦焊接技术、动态控制低应力无变形搅拌摩擦焊技术和双头搅拌摩擦焊技术。 韩文妥 大连交通大学与北京航空制造工 程研究所联合培养硕士研究生。从事 搅拌摩擦焊方面的研究。参与项目：“十一五”重点项目“新型精密焊接技术与装备研究”；航空基金重点项目“搅 拌摩擦焊应力与变形规律研究”、“飞机 整体结构件搅拌摩擦焊综合强度性能 基础研究” 等。相连接技术，已经在造船、航空航天、轨道交通等领域获得了广泛的应用。但是在一些特殊的加工过程中需要搅拌摩擦焊设备提供较大的焊接力，同时要求在焊接过程中对待焊 零件进行严格装夹（包括背部的刚性 支撑），这给某些特殊结构形式下实施F S W 造成了困难，如大直径火箭贮箱环缝结构的焊接等。而双轴肩自适应搅拌摩擦焊（Self-Reacting Pin Tool，SRPT）技术成功地解决了上述问题。 1 原理 双轴肩自适应搅拌摩擦焊是通过上下轴肩夹持作用加紧工件， 下轴肩代替了常规搅拌摩擦焊的垫板装置。搅拌针与驱动装置及下轴肩相 连， 这样既可调节加载载荷又可调整下轴肩的位置。且上轴肩与单独的驱动轴相连，这种上下轴肩单独控制的方式使得自适应系统得以实现，并且使上下轴肩的顶锻力反向相等， 整个工件在垂直板件方向所受合力为 零。由于S R P T 采用了两个轴肩的模式，提高了焊缝背部的热输入，可以预防和降低焊缝背部缺陷。 与常规F S W 相比，S R P T 有两个独立控制的轴肩；常规F S W 焊件背面需要配套的刚性支撑垫板，而S R P T 焊件背面则不需要；常规F S W 被焊工件需要严格的装夹，焊件需要被垂直及侧向压紧，而S R P T 大大简化了装夹机构；常规F S W 焊缝背部常常是整个焊件的薄弱环节，S R P T 由于下轴肩的产热减小了从焊缝表面到背部的温度梯度，降低了焊缝的热损耗，提高了热效率，因此可以很好地消除焊缝背部未焊透等缺陷。 2 试验验证与工程应用 Edwards 等[4]成功地应用双轴肩自适应搅拌摩擦焊技术对薄板铝合金进行了焊接，试验表明：在薄板焊接领域此技术可以实现1.8m m 及
CO2气体保护焊接工艺参数图标焊缝符号说明及工艺参数
角接焊缝埋弧焊工艺参数 一、焊接作业环境 （1）焊接作业区风速：当手工电弧焊超过8m/s，应设立防风棚或采取其他防风措施。（2）焊接作业区的相对湿度不得大于90%。 （3）当焊件表面潮湿或有冰雪覆盖时，应采取加热去湿除潮措施 （4）焊接作业区环境温度低于0℃时，应将构件焊接区各方向大于或等于二倍钢板厚度且不小于100mm围的母材，加热到20℃以上后方可施焊，且在焊接过程中均不应低于这一温度。T型接头应比对接接头的预热温度高25～50℃。 二、焊接工艺参数 （1）电源极性：采用交流电源时，焊条与工件的极性随电源频率而变换，电源稳定性较差。采用直流电源时，工件接正极称为正接，工件接负极称为反接。一般酸性焊条本身稳弧性较好，可用交流电源施焊。碱性药皮焊条稳弧性较差，必须用直流反接才可以获得稳定的焊接电弧，焊接时飞溅较少。 （2）弧长与焊接电压：焊接时焊条与工件距离变化立即引起焊接电压的改变。弧长增大时，电压升高，使焊缝的宽度增大，熔深减小。弧长减小时则得到相反的效果，一般低氢型碱性焊条要求短弧、低电压操作才能得到预期的焊缝性能。 （3）焊接电流：焊接电流对电弧的稳定性和焊缝熔深有极为密切的影响。焊接电流的选择还应与焊条直径相配合。一般按焊条直径的约40倍值选择焊接电流。如直径3.2mm 的焊条可使用的电流围为100～140A，直径4.0mm的焊条为120～190A，但立、仰焊位置时宜减少15%～20%。 （4）焊接速度：焊接速度过小，母材易过热变脆，同时还会造成焊缝余高过大，成形不好。焊接速度过大会造成夹渣、气孔、裂纹等缺陷。 （5）运条方式：手工电弧焊的运条方式有直线形式和横向摆动式。在焊接低合金高强度结构钢材，要求焊工采用多层多道的焊接方法，在立焊位置摆动幅度不允许超过焊条直径的3倍；在平、横、仰焊位置禁止摆动，焊道厚度不超过5mm，以获得良好的焊缝性能。
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
搅拌摩擦焊技术应用现状和发展趋势
万方数据
搅拌摩擦焊接过程中，接头温度峰值始终处于材料熔化点以下（约为材料熔点的０．８），不会出现材料熔化，从而避免了常规熔焊工艺中因熔化一凝固现象的存在所造成的各种焊接缺陷。所以，搅拌摩擦焊是一种固相焊接技术。接头材料在高温软化状态下，由于搅拌 图１ 搅拌摩擦焊基本原理及工艺过程 头的挤压而形成牢固的锻造细晶组织（与此不同的是，熔焊接头通常为晶粒粗大的铸造组织）。与其他焊接方法相比，搅拌摩擦焊具有以下特点： （１）搅拌摩擦焊是一种固相连接技术，接头性能优 异。 （２）焊前不需要开坡口，可以节省焊前准备工时。（３）焊接过程中不需要保护气，也不需要填充材料。 （４）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。 （５）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。 （６）焊接过程中无飞溅、无弧光，无辐射，是一种绿色焊接技术。 （７）焊接效率高、能耗低，是一种高效焊接技术。搅拌摩擦焊技术的这一系列特点使其对于以铝合金为代表的轻金属结构焊接具有非常重要的意义，在航空、航天、船舶、列车、汽车以及电力、电子等领域具有非常广阔的应用前景。 ：．搅拌摩擦焊技术应用现状 搅拌摩擦焊作为一种轻合金材料连接的优选焊接 Ｅ口！唑堡笙！塑壁董皇塑型 参磊加工热加工 ｗｗｗ，ｍａｃｈｉｎｉｓｔ．ｃｏｍ，ｃｎ 技术，已经从技术研究迈向高层次的工程化和工业化应用阶段，如在美国的宇航制造工业、北欧的船舶制造工业和日本的高速列车制造等领域，搅拌摩擦焊技术都得到了广泛应用。搅拌摩擦焊技术１９９５年（通过申请专 利）进入中国，但是这项技术在中国真正获得发展却是在２００２年以后——中心成立以来的这几年时间，它是以 中国自主研制的第一台专机搅拌摩擦焊设备的交付使用为标志的。２００２年以来，搅拌摩擦焊技术已被迅速推广到国内的航空、航天、船舶、电力、电子以及汽车等领域，并在几十种产品型号中得到应用。 １．搅拌摩擦焊技术在航天型号产品研制中的应用 由于轻量化的需要，航天领域大量采用了铝合金 结构——最适合采用搅拌摩擦焊技术，从而使搅拌摩擦 焊技术最早在火箭、航天飞机等宇航产品中得到推广。国内则是首先在一些火箭、导弹等新型号武器装备研制中采用了搅拌摩擦焊技术，并配备了中国搅拌摩擦焊中 心自主研制的搅拌摩擦焊专机设备。 出于减重、减少成本和提高性能等方面的考虑， 我国导弹武器舱段的设计拟由原来的防锈铝（女１１５Ａ０６铝合金）改为高强铝合金（女ＩＩＬＹｌ２），但是这些材料采用熔焊的方法很难实现焊接，整体成形的成本又很 高，因此迫切需要像搅拌摩擦焊这样的新型固相焊接技术。 ２００４～２００５年，中国搅拌摩擦焊中心与某航天制 造基地合作开展了这方面的研究，分别对与导弹武器整体舱段制造的纵缝连接，环缝连接等进行了应用开发，试制了多个型号的产品（图２所示为工艺验证模拟结构 件）并成功试飞。目前，搅拌摩擦焊技术已准备用于相 关军工产品的工业化生产。 万方数据
CO2气体保护焊工艺参数
第一节二氧化碳气体保护焊（CO2焊） 二氧化碳气体保护焊是用CO2作为保护气体依靠，焊丝与焊件之间产生电弧溶化金属的气体保护焊方法简称CO2焊（MAG）。 一、二氧化碳气体保护焊发展动态 二氧化碳气体保护焊是50年代发展起来的一种新的焊接技术。半个世纪来，它已发展成为一种重要的熔焊方法。广泛应用于汽车工业，工程机械制造业，造船业，机车制造业，电梯制造业，锅炉压力容器制造业，各种金属结构和金属加工机械的生产。 MIG气体保护焊焊接质量好，成本低，操作简便，取代大部分手工电弧焊和埋弧焊，已成定局。二氧化碳气体保护焊装在机器手或机器人上很容易实现数控焊接，将成为二十一世纪初的主要焊接方法。 目前二氧化碳气体保护焊，使用的保护气体，分CO2和CO2+Ar两种。使用的焊丝主要是锰硅合金焊丝，超低碳合金焊丝及药芯焊丝。焊丝主要规格有：0.5mm、0.8 mm、0.9 mm、1.0 mm、1.2 mm、1.6 mm、2.0 mm、 2.5 mm、 3.0 mm、 4.0mm等。 二、二氧化碳气体保护焊特点 （一）MAG焊具有下列优点： 1、焊接成本低：其成本只有埋弧焊和手工电弧焊的40~50%。 2、生产效率高：其生产率是手工电弧焊的1~4倍。 3、操作简便：明弧，对工件厚度不限，可进行全位置焊接而且可以向下焊接。 4、焊缝抗裂性能高：焊缝低氢且含氮量也较少。 5、焊后变形较小：角变形为千分之五，不平度只有千分之三。 6、焊接飞溅小：当采用超低碳合金焊丝或药芯焊丝，或在CO2中加入Ar，都可以降低焊接飞溅。 （二）MAG焊的缺点： 1、对焊接设备的技术焊接要求高。 2、设备造价相对较贵。 3、气体保护效果易受外来气流的影响。 4、焊接参数之间的匹配关系较严格。 三、气体保护焊的设备 C02气体保护焊的主要设备包括焊接电源、送丝机、焊枪、供气系统、焊丝盘和指示仪表等组成。 四、气体保护焊的工艺参数（焊接范围）主要包括 气体保护焊的工艺参数主要包括以下几点： 1、焊丝直径、焊接电流、电弧电压。 2、焊接速度（参考与焊条电弧焊）。 3、焊丝伸击长度、气体流量、电源极性等。 4、焊枪角度。 5、导电嘴与母材之间的距离。 6、保护套大小 焊接电流与工件的厚度、焊丝直径、施焊位置以及熔滴过渡时的形式有关： 1、通常直径为0.8～1.6mm的焊丝。 2、短路过渡时焊接电流在50～230A内选择。 3、粗滴过渡时焊接电流在250～500A内选择。 五、二氧化碳气体保护焊焊接材料
搅拌摩擦焊的原理及其应用
搅拌摩擦焊的原理及其应用 摘要：摩擦焊是利用焊件接触面之间的相对摩擦运动和塑性变形所产生的热量使接触面及附近区域的材料达到热塑性状态，通过两侧材料间的相互扩散和动态再结晶而完成焊接，文章分析了搅拌摩擦焊的工作原理，并论述了其相关的应用。 关键词：搅拌摩擦焊焊接变形焊接工艺 引言 搅拌摩擦焊是英国焊接研究所发明的新型固态塑化焊接技术，是世界焊接技术发展史上自发明到工业应用时间跨度最短并且发展最快的一项连接技术。搅拌摩擦在材料的熔点以下进行，属于固相焊接，因此可以避免熔化焊所产生的气孔、裂纹、变形和氧化等问题。更重要的是焊接加热温度低，使焊接接头软化程度得到减轻，性能得到改善。 搅拌摩擦焊在国外铝合金车体制造方面得到了一定的应用，日本、法国、德国、瑞典等国车辆制造商己经采用搅拌摩擦焊技术制造列车车体，焊接接头性能得到改善，效果良好。国内搅拌摩擦焊在铁道车辆制造方面的应用尚属空白。文章分析了搅拌摩擦焊的工作原理，并论述了其相关的应用。 1 搅拌摩擦焊的工作原理及特点 搅拌摩擦焊接时，搅拌头一边高速旋转，一边沿着焊接方向前进，焊接过程中，搅拌头轴肩与被焊工件表面摩擦产生热量使工件达到塑性状态，塑性状态的金属在搅拌头旋转压力的挤压作用下，沿搅拌针从前进侧被搅拌到后退侧，随着搅拌头的移动，高度塑性变形的金属流向搅拌头的后部，冷却后形成焊缝。在实际工作中，搅拌摩擦焊的焊核由于受到搅拌头的高速旋转挤压作用，该区原始的组织晶粒被搅拌破碎，同时在轴肩与母材摩擦产生的热作用下，发生动态再结晶，由母材轧制状组织变为细小的等轴晶。热机械影响区在搅拌头的高速旋转作用下发生明显塑性变形，受到的摩擦热低于焊核，不足以使组织发生再结晶，因此只发生部分长大。热影响区在热循环作用下，组织晶粒发生二次长大，该区组织明显粗化，甚至比母材还粗大。焊接时搅拌头缓慢插入母材中，摩擦头的轴肩与板材的表面紧密接触并压入一定深度。焊接时摩擦头高速旋转并沿待焊板材的接缝向前运动。摩擦头的轴肩、搅拌针与试件摩擦生热，产生的摩擦热使搅拌针周围金属处于热塑性状态。在摩擦搅拌过程中轴肩一方面提供了大部分的摩擦热，另一方面轴肩的下压作用防止了塑性状态金属的溢出，搅拌针前方塑性状态下的金属在摩擦头的驱动下向后方流动。在搅拌头的摩擦搅拌作用下，搅拌针周围的材料形成塑性层，从而形成了搅拌摩擦焊焊缝，使待焊件焊为一个整体。同时，因为搅拌摩擦焊焊接温度在铝合金熔点以下，使其与普通熔化焊有不同的本质，相应地带来了一系列优点：