搅拌摩擦焊
搅拌摩擦焊的特点及应用
搅拌摩擦焊的特点及应用搅拌摩擦焊是一种利用摩擦加工热和塑性变形原理实现的焊接方法。
它的特点在于焊接过程中不使用传统的焊接热源，而是通过直接对工件施加摩擦力来产生焊接热量。
下面将分别从特点和应用两个方面对搅拌摩擦焊进行详细介绍。
搅拌摩擦焊的特点如下：1. 无熔化和溶合：搅拌摩擦焊不需要熔化焊接材料，而是通过摩擦热和塑性变形来实现焊接。
因此，焊接过程中没有熔化和溶合现象，可以避免焊接材料的氧化、烧损和变质。
同时，焊接接头的化学成分保持不变，焊接区域不会出现气孔和夹杂物。
2. 低热输入和变形小：搅拌摩擦焊的焊接热输入相对较低，对于焊接材料的热影响区域较小。
因此，焊接过程中产生的热应力和残余应力较小，可以有效控制焊接接头的变形。
此外，由于焊接过程中材料处于固态状态，不会出现晶粒长大和固溶体析出的问题。
3. 高焊接质量和可靠性：由于搅拌摩擦焊焊接过程中不会出现气孔、夹杂物和缺陷等问题，因此焊接接头的质量较高。
同时，由于焊接接头的机械性能与基材的一致性较好，焊缝区域的强度通常高于基材的强度。
对于特殊材料，如铝合金、镁合金等，搅拌摩擦焊能够实现高强度焊接，提高焊接接头的可靠性。
4. 适应范围广：搅拌摩擦焊适用于多种材料的焊接，包括金属和非金属材料。
金属材料如铝合金、镁合金、钢材等可以通过搅拌摩擦焊实现焊接。
非金属材料如塑料、复合材料、陶瓷等也可以进行搅拌摩擦焊。
这种特性使得搅拌摩擦焊在航空航天、汽车制造、轨道交通等领域具有广阔的应用前景。
搅拌摩擦焊的应用主要包括以下几个方面：1. 铝合金焊接：铝合金是航空航天和汽车等行业常用的材料，传统焊接方法在焊接铝合金时存在困难。
而搅拌摩擦焊能够实现高强度、无缺陷的铝合金焊接，因此被广泛应用于铝合金结构件的制造。
2. 钢材焊接：搅拌摩擦焊也可以用于焊接钢材。
虽然钢材的焊接温度较高，但由于搅拌摩擦焊的热输入较低，因此不会产生较大的热影响区域和热应力。
同时，焊接接头的力学性能较好，适用于特殊场合对焊接接头强度和可靠性要求较高的钢材焊接。
搅拌摩擦焊工艺研究
搅拌摩擦焊定义
搅拌摩擦焊原理
搅拌摩擦焊特点
搅拌摩擦焊应用
搅拌摩擦焊的特点
焊接过程稳定
焊接接头强度高
焊接变形小
焊接接头质量好
Part Three
搅拌摩擦焊的设备 与工具
搅拌摩擦焊的设备
搅拌摩擦焊机：用于实现搅拌摩擦焊工艺的主要设备，包括主机、控制系统、搅拌头等部分。 搅拌头：用于产生摩擦热和压力的部件，通常由轴肩、搅拌针和针尖组成。 控制系统：用于控制搅拌摩擦焊机的运行，包括电源、电机、传动系统等。 辅助工具：包括夹具、支撑架等，用于固定和支撑工件，确保焊接过程的稳定性和精度。
润滑设备：定期对设备进行润 滑，减少磨损和摩擦
更换易损件：及时更换易损件， 保证设备正常运行
Part Four
搅拌摩擦焊的操作 流程
焊接前的准备
确定焊接材料：根据材料类型和厚度选择合适的搅拌摩擦焊工艺参数 清理表面：去除材料表面的油污、氧化物等杂质，保证焊接质量 装配定位：将待焊材料精确装配，确保焊接过程中的稳定性和精度 检查设备：确保搅拌摩擦焊设备处于良好状态，具备焊接条件
搅拌摩擦焊与其他焊接方法的结合
搅拌摩擦焊与激光焊接的结合 搅拌摩擦焊与电子束焊接的结合 搅拌摩擦焊与激光-MIG焊接的结合 搅拌摩擦焊与激光-TIG焊接的结合
搅拌摩擦焊在绿色制造领域的应用前景
搅拌摩擦焊在新能源汽车领 域的应用：电池托盘、电机 壳等部件的焊接
搅拌摩擦焊在航空航天领域 的应用：飞机机身、发动机
海洋工程领域：搅拌 摩擦焊可用于制造海 洋平台、船舶和潜艇 等结构件，提高结构 强度和耐腐蚀性
医疗器械领域：搅拌 摩擦焊可用于制造医 疗器械中的高精度零 部件，如手术器械、 植入物等
Part Seven
搅拌摩擦焊
搅拌摩擦焊搅拌摩擦焊（Friction Stir Welding ，简称FSW ）是由英国焊接研究所于1991年提出的一种固态连[1]接方法。
与传统的熔化焊接方法相比较，搅拌摩擦焊具有晶粒细小、力学性能良好、焊接时不需使用保护气体、焊接后残余应力和变形小等优[2]点。
搅拌摩擦焊自提出以来，引起了各国学者和研究机构的广泛重视，成为了国内外的研究热点。
经过十几年的发展，搅拌摩擦焊这种新型固相焊接方法已经从技术研究层面迈向高层次的工程化和工业化应用阶段，成为铝及铝合金首选的连接工艺。
目前，搅拌摩擦焊在航空航天工业、造船业、汽车业等工业领域有了广泛的应用。
近年来，国内轨道车辆制造技术快速改进，搅拌摩擦焊技术开始用于铝合金车体制造。
搅拌摩擦焊铝合金车体的成功试制，标志着搅拌摩擦焊技术在国内轨道车辆工程化应用的开始。
1、搅拌摩擦焊工艺及接头组织性能特点1.1 搅拌摩擦焊焊接工艺过程[3]搅拌摩擦焊的焊接工艺如图1-1所示。
置于垫板上的对接工件通过夹具夹紧，以防止对接接头在焊接过程中松开。
一个带有特型焊针的搅拌焊头旋转并缓慢插入两块对接板材之间的焊缝处。
焊针的长度接近焊缝的深度，当旋转的焊针接触工件表面时，与工件表面快速摩擦产生的摩擦热使接触点材料的温度升高，强度降低。
焊针在外力作用下不断顶锻和挤压接缝两边的材料，直至轴肩紧密接触工1-接缝；2-搅拌头前沿；3-前进侧；4-母材；5-搅拌针；6-搅拌头后沿；7-焊缝；8-搅拌头旋转方向；9-后退侧图1-1 搅拌摩擦焊焊接工艺过程件表面为止。
这时，由旋转轴肩和焊针产生的摩擦热在轴肩下面和焊针周围形成大量的塑化层。
当工件相对焊针移动或焊针相对工件移动时，在焊针侧面和旋转方向上产生的机械搅拌和顶锻作用下，焊针的前表面把塑化的材料移送到焊针后表面。
这样，焊针沿着接缝前进时，搅拌焊头前头的对接接头表面被摩擦加热至轴向压力 前进方向12 34 56789超塑性状态。
结果，焊针摩擦接缝，破碎氧化膜，搅拌焊头后方的磨碎材料。
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。
搅拌摩擦焊焊接工装的故障分析与维修方法
搅拌摩擦焊焊接工装的故障分析与维修方法一、搅拌摩擦焊简介搅拌摩擦焊是一种高效的固态焊接工艺，适用于各种金属材料的接合。
在搅拌摩擦焊工艺中，焊接头与工件表面之间的摩擦力和挤压力产生摩擦热，达到材料塑性流动的温度，实现焊接。
然而，由于搅拌摩擦焊的复杂性，工装在使用过程中可能会出现故障，影响焊接质量。
二、故障分析1. 工装移动不灵活：工装在搅拌摩擦焊过程中需要进行多轴运动，如果工装的传动部件受损或润滑不良，可能导致工装移动不灵活。
2. 搅拌头异常：搅拌摩擦焊的关键部件是搅拌头，如果搅拌头受损或磨损过度，将严重影响焊接质量。
3. 温度控制不准确：搅拌摩擦焊需要控制焊接区域的温度，如果温度控制不准确，将导致焊接质量下降。
4. 焊接压力异常：焊接压力是影响焊接质量的重要参数，如果焊接压力异常，可能导致焊接头与工件之间的不良接触，影响焊接效果。
三、维修方法1. 定期保养：定期对搅拌摩擦焊工装进行保养，包括清洁、润滑和检查传动部件等，确保工装的正常运行。
2. 更换损坏部件：一旦发现工装的传动部件、搅拌头等关键部件损坏或磨损严重，应及时更换，确保焊接质量。
3. 调整温度控制：根据焊接工艺要求，调整搅拌摩擦焊设备的温度控制参数，确保焊接区域的温度稳定在合适的范围内。
4. 调整焊接压力：根据焊接工件的要求，调整搅拌摩擦焊设备的焊接压力参数，确保焊接压力稳定，保证焊接质量。
通过对搅拌摩擦焊工装故障的分析和相应的维修方法，可以有效提高焊接质量，延长设备使用寿命，确保生产过程的顺利进行。
只有在实践中不断总结经验，才能更好地发挥搅拌摩擦焊工艺的优势，为工件的制造提供更可靠的保障。
搅拌摩擦焊
搅拌摩擦焊搅拌摩擦焊，是一种新型的焊接技术，也被称为搅拌摩擦联接。
它是通过在焊接区域旋转和挤压两个金属工件来产生热量和塑性变形，从而使两个工件达到联接的目的。
与传统的焊接技术相比，搅拌摩擦焊具有许多优点，如焊接速度快、焊缝质量高、金属变形小等。
本文将详细介绍搅拌摩擦焊的原理、应用和发展趋势。
一、搅拌摩擦焊的原理搅拌摩擦焊的原理是在两个金属工件之间施加旋转和挤压力，产生热量和塑性变形，从而使两个工件达到联接的目的。
搅拌摩擦焊的焊接区域主要由以下几个部分组成：1. 摩擦区：是指两个金属工件之间产生的热量和塑性变形的区域，也是焊接区域的主要部分。
在摩擦区，由于热量和挤压力的作用，金属工件的表面会产生摩擦热，从而使金属表面熔化和塑性变形。
在摩擦区，金属工件的晶粒也会受到影响，产生细化和变形，从而提高焊缝的质量。
2. 搅拌区：是指焊接区域中金属工件被挤压和旋转产生的区域。
在搅拌区，金属工件的晶粒也会受到影响，产生细化和变形，从而提高焊缝的质量。
3. 热影响区：是指焊接区域中受到热影响但未受到塑性变形的金属区域。
在热影响区，金属工件的晶粒也会受到影响，但不会产生细化和变形。
二、搅拌摩擦焊的应用搅拌摩擦焊的应用非常广泛，可以用于焊接各种金属材料，如铝合金、镁合金、钛合金、铜、钢等。
它在航空、汽车、船舶、铁路、电子、建筑等领域都有着广泛的应用。
1. 航空领域：搅拌摩擦焊可以用于制造航空器的结构件，如机翼、尾翼、机身等。
它可以提高焊缝质量，减少金属变形，从而提高航空器的性能和安全性。
2. 汽车领域：搅拌摩擦焊可以用于制造汽车的车身、底盘、发动机等部件。
它可以提高焊缝质量，减少金属变形，从而提高汽车的性能和安全性。
3. 船舶领域：搅拌摩擦焊可以用于制造船舶的船体、船舶设备等部件。
它可以提高焊缝质量，减少金属变形，从而提高船舶的性能和安全性。
4. 铁路领域：搅拌摩擦焊可以用于制造铁路车辆的车体、车轮等部件。
它可以提高焊缝质量，减少金属变形，从而提高铁路车辆的性能和安全性。
搅拌摩擦焊工艺及其应用
搅拌摩擦焊工艺及其应用1 搅拌摩擦焊的定义与原理搅拌摩擦焊是一种非常新颖的金属连接技术，其原理是将金属材料在高速旋转的条件下不断挤压与摩擦热而使金属材料发生塑性变形进而在次冷却时形成均匀的焊缝。
搅拌摩擦焊是一种采用振荡摩擦进行的钎焊技术。
摩擦过程中，金属材料被强制变形，形成皱纹和复杂的微细组织结构，这就是焊接区域。
这一过程不需要额外的附加材料，因此也被称为固态钎焊。
搅拌摩擦焊的原理是通过搅拌和摩擦的相互作用，为金属轴套表面提供局部加热来处理金属本身。
在摩擦过程中，摩擦产生的热量会使金属材料温度升高，而旋转工具逐渐伸进焊缝，在相对运动的作用下，产生了强烈的塑性变形以及显著的变形应变。
在形成初期焊缝时，相对运动引起的压力会把材料从环形清隙中抽出，形成时生成混味均匀的焊接界面。
这些过程中摩擦加热导致局部熔化，接长和冷却会使金属变形，并形成一个均匀的、与母材相似的焊缝。
2 搅拌摩擦焊的工艺流程及其特点2.1 搅拌摩擦焊的工艺流程（1）工件准备：首先需要准备待焊接的工件。
工件通常是板材、管材、棒材等形状，可以是相同材质，也可以是不同材质。
（2）夹紧工件：将工件夹紧在专用的工件夹具中，以保证工件在搅拌摩擦焊过程中不会移动或震动。
（3）起始摩擦：在工件接头处的摩擦面上施加旋转摩擦力，使工件表面熔融并形成可焊接的状态。
（4）搅拌摩擦：在不断施加旋转摩擦力的情况下，摩擦头沿着工件的接合面移动，搅拌工件的金属组织，从而形成焊接。
（5）升温保压：在搅拌摩擦焊完成后，保持摩擦头的位置不动，使焊缝部位升温到一定程度，再施加一定的保压力，使焊缝固化。
（6）退火处理：对焊接完成后的工件进行退火处理，可以进一步提高焊接质量和性能。
2.2 搅拌摩擦焊的特点（1）搅拌摩擦焊是一种无焊接接头凸出、无端部凸出的焊接方法，焊缝起伏很小，对焊接部件外观和尺寸精度要求较高的场合比较适用。
（2）搅拌摩擦焊过程中没有明显的电弧和喷溅现象，不需要额外的保护气体，易于操作。
搅拌摩擦焊介绍
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• 第一节 搅拌摩擦焊的基本原理 • 第二节 搅拌摩擦焊的焊接过程及特点 • 第三节 搅拌摩擦焊工艺 • 第四节 搅拌摩擦焊设备 • 第五节 搅拌摩擦焊的应用
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搅拌摩擦焊
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一、搅拌摩擦焊原理
搅拌摩擦焊（Frictim Stir Welding，简称FSW）-利用一种特殊形式的搅拌头边旋转边前进，通过搅拌头 与工件的摩擦产生热量，摩擦热使该部位金属处于热塑 性状态，并在搅拌头的压力作用下从其前端向后部塑性 流动，从而使待焊件压焊为一个整体。
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实验结果表明，搅拌摩擦焊对接接头的疲劳性能大都超过相应熔焊 接头的设计推荐值。总之，对于铝合金材料，其FSW接头的抗拉强度 均能达到母材的70％以上。接头性能的具体数值，除了与母材本身的 性能有关外，在很大程度上还取决于FSW的焊接参数。
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搅拌摩擦焊
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优点：
焊件尺寸精度高
由于搅拌摩擦焊为固相焊接，其加热过程具有能量密度高、热 输入速度快等特点，因而焊接变形小，焊后残余应力小。在保 证焊接设备具有足够大的刚度、焊件装配定位精确以及严格控 制焊接参数的条件下，焊件的尺寸精度高。
绿色焊接方法
搅拌摩擦焊焊接过程不产生弧光辐射、烟尘和飞溅，噪声低，实现 了焊接过程的环保化。因而搅拌摩擦焊被称为“绿色焊接方法”。
目前，国内外关于搅拌摩擦焊的研究及应用主要集中在铝合金、镁
合金以及纯铜等软质、易于成形的材料上，对于钛合金、不锈钢、铝 基复合材料等的研究和应用也取得了较大的进展。
喷气客机的搅拌摩擦焊
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优点：
焊件尺寸精度高
由于搅拌摩擦焊为固相焊接，其加热过程具有能量密度高、热 输入速度快等特点，因而焊接变形小，焊后残余应力小。在保 证焊接设备具有足够大的刚度、焊件装配定位精确以及严格控 制焊接参数的条件下，焊件的尺寸精度高。
绿色焊接方法
搅拌摩擦焊焊接过程不产生弧光辐射、烟尘和飞溅，噪声低，实现 了焊接过程的环保化。因而搅拌摩擦焊被称为“绿色焊接方法”。
焊缝形式： 环形、圆形、非线性 和立体焊缝。
焊接位置： 全位置焊接。
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（二）搅拌摩擦焊的热输入与焊接参数
焊接热源主体
搅拌针与接合面间的摩擦热 轴肩与焊件材料上表面的摩擦热
搅拌针附近材料发生塑性变形和流体流动，从而导致形变生热， 这部分热量相对较小。因此，搅拌摩擦焊本质上是以摩擦热作为焊 接热源的焊接方法，所以摩擦生热是影响焊接质量的关键因素。
• 它可以焊接所有牌号的铝合金以及用熔焊方法难以焊接的材料，并 突破了普通摩擦焊对轴类零件的限制，可进行板材的对接、搭接、角 接及全位置焊接。由于搅拌摩擦焊是固态焊接，所以没有熔化焊时的
气孔、裂纹及合金元素烧损等缺陷。搅拌摩擦焊的接头性能普遍 优于熔化焊的。
• 目前，搅拌摩擦焊技术已在飞机制造、机车车辆和船舶制造等领 域得到广泛的应用，主要用于铝及其合金、铜合金、镁合金、钛合金、 铅、锌等非铁金属材料的焊接，也可用于焊接钢铁金属。
成形及质量均较差。
只有当n／v在一定范围内，即焊接速度与搅拌焊头的转速匹配合 理时，才能获得合适的焊接热输入，得到成形美观、性能优良的焊 缝。
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图4-23是Al-5Mg合金采用 搅拌摩擦焊接，旋转速度 n=1000 r／min时，不同n ／v比值对抗拉强度的影响。 从图中可知，随着n／v值 的增加，强度和塑性都增加， 最大抗拉强度达到310 MPa， 与母材的实测值相同，伸长 率为17％，是母材实测值 的 63％。在达到最大强度 值后，继续增加n/v的数值， 强度和塑性反而下降。
目前，国内外关于搅拌摩擦焊的研究及应用主要集中在铝合金、镁
合金以及纯铜等软质、易于成形的材料上，对于钛合金、不锈钢、铝 基复合材料等的研究和应用也取得了较大的进展。
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镁合金的搅拌摩擦焊
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（三）搅拌摩擦焊的特点
优点：
焊缝质量好
焊缝是在塑性状态下受挤压完成的，属于固相焊接，因而其接头 不会产生与冶金凝固有关的一些如裂纹、夹杂、气孔以及合金元 素的烧损等熔焊缺陷和脆化现象，焊缝性能接近母材，力学性能 优异。适于焊接铝、铜、铅、钛、锌、镁等非铁金属及其合金以 及钢铁材料、复合材料等，也可用于异种材料的连接。
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四、搅拌摩擦焊设备
搅拌摩擦焊接工具 搅拌焊头
按设备功能结构不同 搅拌摩擦焊机
机械转动部分 行走部分 控制部分 工件夹紧机构 刚性机架
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（一）搅拌摩擦焊接工具
搅拌焊头是搅拌摩擦焊的关键和核心部件，其主要 由轴肩和搅拌针两部分构成。
搅拌焊头一般需要具有如下特性： 热强性、耐磨性、抗蠕变性、耐冲 击性、材料惰性、易加工性、良好 的摩擦效果和合理的热传导性能。
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（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。
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焊接压力
焊接压力除了影响搅拌摩擦生热以外，还对搅拌后的塑性金属起到压紧作 用。试验表明，当焊接压力不足时，表面热塑性金属“上浮”，溢出焊缝 表面，焊缝内部由于缺少金属填充而形成孔洞。当焊接压力过大时，轴肩 与焊件表面摩擦力增大，摩擦热将使轴肩平台发生粘附现象，使焊缝两侧 出现飞边和毛刺，焊缝中心下凹量较大，不能形成良好的焊接接头，表面 成形较差。
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搅拌摩擦焊的热功率可表示为：
由于搅拌摩擦焊稳态焊接时，摩擦因数和焊接压力均为定值，因此可将其与 形状因子结合为新的常量系数Km，则搅拌摩擦焊热输入的大小可以用n/v表征。
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对于给定的搅拌焊头和焊接压力，其热输入主要取决于n／v。
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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。
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实验结果表明，搅拌摩擦焊对接接头的疲劳性能大都超过相应熔焊 接头的设计推荐值。总之，对于铝合金材料，其FSW接头的抗拉强度 均能达到母材的70％以上。接头性能的具体数值，除了与母材本身的 性能有关外，在很大程度上还取决于FSW的焊接参数。
缺点：
焊接时的机械力较大，需要焊接设备具有很好的刚性 与弧焊相比，缺少焊接操作的柔性 搅拌焊头的磨损相对较高 焊缝末端通常有“匙孔”存在（目前已可以实现无孔焊接）等
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三、搅拌摩擦焊工艺
（一）搅拌摩擦焊接头形式
构件形状： 圆形、板状等
接头形式： 对接、搭接、 角接及T形接头。
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• 第一节 搅拌摩擦焊的基本原理 • 第二节 搅拌摩擦焊的焊接过程及特点 • 第三节 搅拌摩擦焊工艺 • 第四节 搅拌摩擦焊设备 • 第五节 搅拌摩擦焊的应用
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一、搅拌摩擦焊原理
搅拌摩擦焊（Frictim Stir Welding，简称FSW）-利用一种特殊形式的搅拌头边旋转边前进，通过搅拌头 与工件的摩擦产生热量，摩擦热使该部位金属处于热塑 性状态，并在搅拌头的压力作用下从其前端向后部塑性 流动，从而使待焊件压焊为一个整体。
不受轴类零件限制
不受轴类零件的限制，可进行平板的对接和搭接，可焊接 直焊缝、角焊缝及环焊缝，可进行大型框架结构及大型筒 体制造、大型平板对接等，扩大了应用范围。
无需高的操作技能和训练
搅拌摩擦焊利用自动化的机械设备进行焊接，避免了对 操作工人技术熟练程度的依赖，质量稳定，重复性高。
不需焊丝和保护气氛
焊接时无需填充材料、保护气体，焊前无需对焊件表面预处 理，焊接过程中无需施加保护措施，厚大焊件边缘不用加工 坡口，简化了焊接工序。·焊接铝合金材料不用去氧化膜，只 需去除油污即可。
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LEE MA接参数的选择
搅拌摩擦焊接参数主要包括焊接速度（搅拌焊头沿焊缝方向的行进 速度）、搅拌焊头转速、焊接压力、搅拌焊头结构参数（倾角θ）、搅 拌焊头插入速度和保持时间等。
1．焊接速度 图4-24为焊接速度对铝锂合金搅拌摩擦焊 接头抗拉强度的影响。由图可见，接头强度 与焊接速度的关系并非简单的线性比例关系， 而是呈曲线变化。当焊接速度小于 160mm／min时，接头强度随焊接速度的提 高而增大。从焊接热输入计算公式可知，当 转速为定值，焊接速度较低时，搅拌焊头／ 焊件界面的整体摩擦热输入较高。如果焊接 速度过高，热输入不足，热塑性材料填充搅 拌针行走所形成的空腔的能力变弱，热塑 性材料填充空腔能力不足，则焊缝内易形成 疏松孔洞缺陷，严重时焊缝表面形成一条 狭长且平行于焊接方向的隧道沟，导致接头 强度大幅度降低。
搅拌焊头倾角
搅拌焊头的倾角影响塑性流体的运动状态，从而对焊核的形成过程产 生影响
搅拌焊头插入速度 搅拌焊头的形状
搅拌焊头的插入速度决定搅拌摩擦焊起始阶段预热温度的高低 及能否产生足够的塑性变形和流体的流动
搅拌焊头的形状决定了搅拌摩擦焊过程的生热及焊缝金属的 塑性流动，最终影响焊缝的成形及焊缝性能。
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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。
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