焊接工艺设计摩擦焊.
摩擦焊
摩擦焊1摩擦焊接概述：摩擦焊接是在轴向压力与扭矩作用下，利用焊接接触端面之间的相对运动及塑性流动所产生的摩擦热及塑性变形热使接触面及其近区达到粘塑性状态并产生适当的宏观塑性变形，然后迅速顶锻而完成焊接的一种压焊方法。
摩擦焊的分类2摩擦焊原理简介：摩擦焊是利用金属焊接表面摩擦生热的一种热压焊接法。
摩擦焊接时，通常将待焊工件两端分别固定在旋转夹具和移动夹具内，工件被夹紧后，位于滑台上的移动夹具随滑台一起向旋转端移动，移动至一定距离后，旋转端工件开始旋转，工件接触后开始摩擦加热。
此后，则可进行不同的控制，如时间控制或摩擦缩短量（又称摩擦变形量）控制。
当达到设定值时，旋转停止，顶锻开始，通常施加较大的顶锻力并维持一段时间，然后，旋转夹具松开，滑台后退，当滑台退到原位置时，移动夹具松开，取出工件，至此，焊接过程结束。
摩擦焊接是一种优质、高效、节能的固态连接技术，被广泛应用于航空、航天、石油、汽车等领域中。
在摩擦焊接过程中，主轴转速、焊接压力、焊接时间以及焊接变形量是影响焊接质量的重要工艺参数。
对这些参数实现精确的检测和控制，是获得优质焊接接头的保障。
因此，研制一套控制精度高、响应速度快、具有丰富的数据处理能力且易于升一级和扩充的开放式控制系统具有重要意义。
摩擦焊流程示意图摩擦焊具有下列优点：（1）焊接质量好而稳定。
由于摩擦焊是一种热压焊接法，摩擦不仅能消除焊接表面的氧化膜, 同时在较大的顶锻压力作用下, 还能挤碎和挤出由于高速摩擦而产生的塑性变形层中氧化了的部分和其它杂质, 并使焊缝金属得到锻造组织。
（2）摩擦焊不仅能焊接黑色金属、有色金属、同种异种金属, 而且还能焊接非金属材料, 如塑料、陶瓷等。
（3）对具有紧凑的回转断面的工件的焊接,都可用摩擦焊代替闪光焊、电阻焊及电弧焊。
并可简化和减少锻件和铸件, 充分利用轧制的棒材和管材。
（4）焊件尺寸精度高。
采用摩擦焊工艺生产的柴油发动机预燃烧室, 全长最大误差为士0.1毫米。
摩擦焊
现代连接技术
材料科学与工程学院
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——摩擦焊 汇报人： 指导教师：
西南石油大学材料科学与工程学院
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摩擦焊技术
摩擦焊的定义 摩擦焊基本原理 摩擦焊的特点 摩擦焊的分类 摩擦焊的应用 摩擦焊的焊接设备 摩擦焊焊接工艺 传统摩擦焊接头质量控制
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摩擦焊焊接工艺——CDFW
（1）转速和摩擦压力 当工件的直径一定时，转速就代表摩擦速度。一般将达到焊接 温度时的转速称为临界摩擦速度，为了使变形层加热到金属材料的 焊接温度，转速必须大于临界摩擦速度。 摩擦压力对焊接接头的质量有很大影响，为了产生足够的摩擦 加热功率，保证摩擦表面的全面接触，摩擦力不能太小。摩擦力大 时，接头的温度梯度大，变形层金属不易被氧化。一般情况下摩擦 力为定值，但是为了满足工艺要求，还可以不断上升，或采用两级 或三级加压。 （2）摩擦时间与摩擦变形量 摩擦时间短，焊接表面加热不完全，不能形成完整的塑性变形 层，接头上的温度和温度分布不能满足焊接质量要求。摩擦时间过 长，接头温度分布宽，高温区金属容易过热，摩擦变形量大，飞边 大，消耗的热量多。
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摩擦焊的特点
摩擦焊也有如下缺点和局限性 （1）对非圆形截面焊接较困难，所需设备复杂；对盘状薄 零件和薄壁管件，由于不易夹固，焊接也比较困难。 （2）对形状及组装位置已经确定的构件，很难实现摩擦焊 接。 （3）接头容易产生飞边，一般焊后需要进行机械加工。 （4）夹紧部位容易产生划伤或夹持痕迹。
图4 连续驱动摩擦焊接基本结构
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摩擦焊介绍全解课件
图10 摩 擦 焊 接 过 程 示 意 图 n—工作转速 py—摩擦压力 P.一顶锻压力 △l,一摩擦变形量 △1.一顶锻变形量 P— 摩擦加热功率 P.. 一摩擦加热功率峰值 t一时间 I,—摩擦时间 a— 实际摩擦加热时间 1.一实际顶锻时间
点开始，到摩擦加热功率显 著增大的B 点为止。摩擦开 始时，由于摩擦焊接表面存 在氧化膜、油、灰尘和吸附 着一些气体，使得摩擦系数 小，随后摩擦压力逐渐增大， 摩擦加热功率慢慢增加使得 焊件表面的温度上升。
图10 摩擦焊接过程示意图 n—工作转速 Py一摩擦压力 p.一顶锻压力 △l,一摩擦变形量 △/.一顶锻变形量 P— 摩擦加热功率 P.— 摩擦加热功率峰值 t一时间 I,—摩擦时间 tx—实际摩擦加热时间 1.一实际顶锻时间
摩擦焊焊接工艺特点
（1）焊接施工时间短，生产效率高。 （2 ）焊接热循环引起的焊接变形小，焊后尺寸精度高，不
用焊后校形和消除应力。 （3 ）机械化、自动化程度高，焊接质量稳定。当给定焊接
条件后，操作简单，不需要特殊的焊接技术人员。 （4 ）适合各类异种材料的焊接，对常规熔化下不能焊接的
铝-钢、铝-铜、钛-铜、金属间化合物-钢等都可以进行焊接。 （5 ）可以实现同直径、不同直径的棒材和管材的焊接。 （6 ）焊接时不产生烟雾、弧光以及有害气体等，不污染环
n/r.minT
摩擦焊接过程
(3)稳定摩擦阶段 从摩擦加热功率稳定值d 点起 到接头形成最佳温度分布的 e 点为止。 e 点与工件开始停止 旋转的e,, 顶锻压力开始上 升的 f 点以及顶锻变形的开始 点，它们在时间上是重合的。 在这个阶段中，各焊接工艺参 数的变化趋于稳定，只有摩擦 变形量不断增大，飞边增大， 接头的热影响区增宽。
铝合金搅拌摩擦焊工艺
铝合金搅拌摩擦焊工艺铝合金搅拌摩擦焊是一种先进的焊接技术，具有高效、节能、环保等优点。
本文将详细介绍铝合金搅拌摩擦焊工艺的各个环节，帮助读者更好地了解这一技术。
一、焊接准备在进行铝合金搅拌摩擦焊之前，需要进行充分的焊接准备。
这包括检查工件表面的油污、锈迹等杂质，确保工件表面干净整洁。
同时，需要准备好搅拌头、焊机、夹具等焊接工具，并对工具进行必要的检查和调整。
二、装配铝合金搅拌摩擦焊的装配过程需要严格按照工艺要求进行。
首先，要将工件放置在夹具中，确保工件的位置和角度正确。
然后，根据焊接工艺要求，选择合适的搅拌头，并将其插入到工件中。
在装配过程中，需要保证搅拌头的稳定性和准确性，避免出现偏移或倾斜现象。
三、搅拌头插入搅拌头的插入是铝合金搅拌摩擦焊的关键步骤之一。
在插入过程中，需要控制好搅拌头的插入深度和角度，确保其与工件表面紧密贴合。
同时，要避免搅拌头与工件表面产生过大的摩擦力，以免造成工件表面损伤或搅拌头损坏。
四、搅拌摩擦在进行搅拌摩擦时，需要控制好搅拌头的旋转速度和压力，使焊缝处的材料充分流动和混合。
同时，要控制好焊接温度，避免出现过热或冷却不均匀现象。
在搅拌摩擦过程中，还需要注意搅拌头的磨损情况，及时更换磨损严重的搅拌头。
五、焊接过程控制铝合金搅拌摩擦焊的过程控制是保证焊接质量的关键。
在焊接过程中，需要实时监测焊接温度、压力、旋转速度等参数，并根据实际情况进行调整。
同时，要严格控制焊接时间，确保焊缝处的材料充分熔化和混合。
在焊接过程中，还需要注意防止外部因素对焊接质量的影响，如振动、污染等。
六、焊后处理铝合金搅拌摩擦焊完成后，需要进行必要的焊后处理。
这包括对焊缝进行冷却、去除焊渣、对焊缝进行修整等。
在冷却过程中，要控制好冷却时间和方式，避免出现裂纹等现象。
同时，需要去除焊缝表面的焊渣和氧化物，修整焊缝的形状和尺寸，使其符合工艺要求。
七、质量检测质量检测是保证铝合金搅拌摩擦焊接质量的必要环节。
检测内容包括外观检测、无损检测、力学性能检测等。
铝合金 摩擦焊
铝合金摩擦焊铝合金摩擦焊是一种常用的焊接方法，通过摩擦热量产生和塑性变形来实现焊接。
本文将从铝合金摩擦焊的原理、工艺、优势和应用等方面进行详细阐述。
一、铝合金摩擦焊的原理铝合金摩擦焊是指利用机械摩擦热量和塑性变形来实现焊接的方法。
在焊接过程中，两块铝合金工件通过施加一定的压力，使其接触面产生相对的摩擦，摩擦热量使接触面温度升高，达到可塑性变形的温度。
随后，继续施加压力，使接触面发生塑性变形，形成焊缝。
最后，通过冷却，焊缝得以固化。
二、铝合金摩擦焊的工艺1. 准备工作：选择合适的铝合金材料，清洁工件表面，调整焊接设备参数。
2. 焊接设备：铝合金摩擦焊设备主要包括工作台、夹具、电机、压力系统和温度控制系统等。
3. 焊接工艺参数：包括摩擦时间、摩擦转速、压力大小等。
这些参数需要根据铝合金材料的性质和焊接要求来确定。
4. 焊接过程：首先，将两块铝合金工件固定在工作台上，使其接触面平整。
然后，启动电机，通过摩擦产生摩擦热量，使接触面温度升高。
接着，施加一定压力，使接触面发生塑性变形，形成焊缝。
最后，冷却焊缝，使其固化。
5. 后处理：焊接完成后，需要对焊缝进行清理和表面处理，以提高焊接质量和外观。
三、铝合金摩擦焊的优势铝合金摩擦焊具有以下几个优势：1. 高效节能：摩擦焊是一种非常高效的焊接方法，焊接速度快，能耗低。
2. 无污染：摩擦焊过程中不需要使用焊接剂和填充材料，不会产生有害气体和废渣，对环境无污染。
3. 焊接质量好：铝合金摩擦焊焊接接头强度高，焊缝形貌美观，无气孔和夹杂物。
4. 适用范围广：铝合金摩擦焊适用于各种铝合金材料的焊接，包括硬铝合金、软铝合金和铝合金与其他金属的焊接。
四、铝合金摩擦焊的应用铝合金摩擦焊广泛应用于航空航天、汽车制造、电子电气、轨道交通等领域。
具体应用包括以下几个方面：1. 航空航天领域：铝合金摩擦焊用于飞机结构件、发动机零部件和航天器舱壁等焊接。
2. 汽车制造领域：铝合金摩擦焊用于汽车车身、发动机散热器和悬挂系统等焊接。
摩擦焊
特种焊接方法与工艺大作业——摩擦焊焊接技术姓名：***学号： 20班级： 10焊接天津滨海职业学院2011年12月摩擦焊焊接技术一、摩擦焊的定义摩擦焊（Friction Welding，FW）是利用焊件接触的端面相对运动中相互摩擦所产生的热，使端面达到热塑性状态，然后迅速顶锻，完成焊接的一种固相焊接方法。
二、摩擦焊的基本原理摩擦焊焊接过程是在压力的作用下，相对运动的待焊材料之间产生摩擦，使界面及附近温度升高并达到热塑性状态，随着顶锻力的作用，界面氧化膜破碎，材料发生塑性变形与流动，通过界面元素扩散及再结晶冶金反应而形成接头。
焊接过程不加填充金属，不需焊剂，也不用保护气体，全部焊接过程只需几秒钟。
两焊件结合面之间在较高的压力下高速旋转相互摩擦产生了两个重要的效果：一是破坏了结合面的氧化膜或其他污物，使纯净金属暴露出来；另一个是摩擦生热，使结合面很快形成热塑性层。
在随后的摩擦扭矩和轴向压力作用下这些破碎的氧化物和部分塑性层被挤出结合面外形成飞边，剩余的塑性变形金属就构成了焊缝金属，最后的顶锻使焊缝金属获得进一步锻造，形成了质量良好的焊接接头。
三、摩擦焊的特点（1）焊接施工时间短，生产效率高。
（2）焊接热循环引起的焊接变形小，焊后尺寸精度高，不用焊后校形和消除应力。
（3）机械化、自动化程度高，焊接质量稳定。
当给定焊接条件后，操作简单，不需要特殊的焊接技术人员。
（4）适合各类异种材料的焊接，对常规熔化下不能焊接的铝-钢、铝-铜、钛-铜、金属间化合物-钢等都可以进行焊接。
（5）可以实现同直径、不同直径的棒材和管材的焊接。
（6）焊接时不产生烟雾、弧光以及有害气体等，不污染环境。
同时，与闪光焊相比，电能节约5-10倍。
四、摩擦焊的应用目前我国摩擦焊技术的应用比较广泛，可焊接直径3.0～120mm的工件以及8000mm²的大截面管件，同时还开发了相位焊和径向摩擦焊技术，以及搅拌摩擦焊技术。
不仅可焊接钢、铝、铜，而且还成功焊接了高温强度级相差很大的异种钢和异种金属，以及形成低熔点共晶和脆性化合物的异种金属。
摩擦焊铜铝
摩擦焊铜铝
摩擦焊是一种固态焊接方法，通过产生摩擦热来加热材料，然后施加压力使两种材料产生塑性变形，形成焊缝。
摩擦焊铜和铝通常采用以下步骤：
1. 将需要焊接的铜和铝工件的表面进行处理，确保干净无油脂。
2. 将两个工件夹紧在摩擦焊设备的夹持装置中。
3. 通过旋转工件，使它们发生摩擦，并产生摩擦热。
4. 当工件温度升高到足够高时，停止旋转，并给予一定的轴向力，使铜和铝发生塑性变形，形成焊接接头。
5. 冷却焊接接头，使其固化。
摩擦焊可以实现铜和铝之间的高强度焊接，因为其焊接接头在微观层面上实现了原子级的晶界扩散，从而形成了强耐腐蚀和高接口强度的焊缝。
然而，由于铜和铝的焊接能力差异较大，摩擦焊铜铝需要仔细控制焊接参数和工艺，以确保焊接接头的质量。
摩擦焊
3钢的焊接
钢的搅拌摩擦焊接头同样存在焊核区、热 机影响区和热影响区。焊核区为等轴晶粒 组织，晶粒比母材区细小；与铝合金的搅
拌摩擦焊接相类似。
二、搅拌摩擦焊的工业应用
1．搅拌摩擦焊在航天领域的应用
2．搅拌摩擦焊在飞机制造领域的应用
3．搅拌摩擦焊在轨道交通领域中应用
高质量高精度车体
4.1.3 摩擦焊的应用（重点掌握）
1. 适用的材料
1）高温时，塑性良好的同种金属及能够互
相固溶和扩散的异种金属，都具有较好的焊
接性，能够获得强度高，延性好的焊接接头。
2）焊接能产生脆性合金的异种金属时，如
铝-铜、铝-钢、钛-钢等，若不设法防止脆性
合金层增厚，则很难保证接头的强度和塑性。
3）高温强度高、塑性低、导热性好的材料不容
7）焊接大截面接头时，为了降低加热功率 峰值，可采用将焊接端面倒角的方法，使摩 擦面积逐渐增大。 8）要注意飞边的流向，让它在焊接时不受 阻碍地被挤出。在不可能切除飞边或者要节 省飞边切除费用的情况下，可设计带飞边槽 的接头。 9）待焊表面应避免渗氮、渗碳等。 10）设计接头形式的同时，还应注意工件 的长度、直径公差、焊接端面的垂直度、不 平度和表面粗糙度。
特种焊接与设备
讲解人：韩兆波
第四单元 摩擦焊
4.1 摩擦焊概述
综合知识模块
4.2 传统摩擦焊工艺与设备
4.3 搅拌摩擦焊
4.1 摩擦焊概述
摩擦焊（friction welding，FRW）是
利用焊件接触端面相对运动中相互摩擦所产 生的热，使端面达到热塑性状态，然后迅速
顶锻，完成焊接的一种固相焊接方法。
双臂结构空 芯铝挤压件 自支撑内部 模件 安装轨道连接
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• （3）搅拌摩擦焊具有可靠的质量保证。搅拌摩擦焊是一种 完全机械化的连接技术可以实现焊接过程以及焊接能量输入 的精确控制。搅拌摩擦焊的焊接质量完全由搅拌头的形状和 焊接参数决定，所以可以实现精密的过程监控。由于焊接过 程的机械性，所以可以实现焊接参数的数字化输入控制和记 录。 • （4）搅拌摩擦焊是一种安全的焊接方法。搅拌摩擦焊过程 没有飞溅烟尘以及弧光辐射等对人体的危害焊接过程，并且 不需要电流电压的参与，没有高的触电危险等。
（2）搅拌摩擦焊为新产品新结构的设计提供了可能。例如以 前熔焊不能连接的热敏感性很强的硬铝、超硬铝及铝基复合 材料材料都可以用搅拌摩擦焊得到可靠连接。搅拌摩擦焊较 小的焊接变形可以实现精密铝合金零部件的制造。用搅拌摩 擦焊实现小尺寸挤压型材的连接，也可以用来制造大尺寸的 船舶夹板、列车壁板、卡车箱体等。
(a)
(b)
图1 搅拌摩擦焊原理图 (a)施焊过程;(b)搅拌头
搅拌摩擦焊焊缝中的洋葱环
紫铜搅拌摩擦焊接头横剖面形貌图
(a) 前进边洋葱环结构 (b) 后退边洋葱环结构 FSW 紫铜接头中洋葱环结构示意图
镁—钢无匙孔搅拌摩擦点焊
搅拌摩擦焊工艺过程
夹持工件
摩擦头停止下降 保温一定时间
开冷却水
图2 搅拌摩擦焊连接的航天飞机助推器筒体及其外观
（2）搅拌摩擦焊在造船行业中的应用
挪威、日本以及澳大利亚已经有多个船舶制造公司利用 搅拌摩擦焊技术来建造大型船舶铝合金结构件。迄今为止挪 威大约有25％的船用铝合金结构采用搅拌摩擦焊制造。
图3 挪威Hydro Marine采用搅拌摩擦焊焊制造船用型材和预制板工业 建筑材料工业
电子工业 石油工业
轨道交通业 汽车工业
应用领域不断扩大 需求与日剧增
（1）搅拌摩擦焊在飞机制造业中的应用
NASA、波音公司及英国宇航空中客车公司BAA 目前都致力于搅拌摩擦焊研究和应用。其中 NASA很 早就开展了搅拌摩擦焊相关技术研究，目前成功的将 搅拌摩擦焊应用于航天器助推器制造。
二 搅拌摩擦焊工艺原理及过程
• 待焊接的对接或搭接件放置于垫板上，并被夹紧。 搅拌头高速旋转并使搅拌针迅速插入被焊件的待焊位置 上，当轴肩与工件相接触时，搅拌头边旋转，边沿焊接 方向移动，被焊工件在搅拌头的压力和摩擦热作用下变 为塑性状态。搅拌头向前行走时，受到挤压的塑性材料 在摩擦搅拌力的作用下向搅拌头的后侧流动，待搅拌头 移走后，塑性材料冷却，经过原子扩散动态再结晶形成 焊接接头，实现固相连接。
摩擦头旋转下降 搅拌针压入工件
焊机开启 摩擦头 旋 转 焊机关闭 停冷却水
摩擦头向前 移动焊接开始
摩擦头停止 移动向上提升
三 搅拌摩擦焊特点
与普通的摩擦焊相类似，搅拌摩擦焊是在被焊材料熔点
以下实现固相连接，所以在方法和工艺上具有较多的优越性。 例如搅拌摩擦焊目前可以焊接所有牌号的铝合金其中包括以 前熔焊难以焊接2xxx系列和7xxx系列的铝合金。焊接过程中 没有弧光、烟尘、飞溅等。针对工业制造领域归纳起来搅拌 摩擦焊主要具有如下方面优越性：
• 国内直到1998年才开始进行搅拌摩擦焊技术研究。近年来， 随着人们对其优越性的不断认识，许多高校、科研院所及企 业都纷纷涉足搅拌摩擦焊领域，这些研究单位包括北京搅拌 摩擦焊中心、南昌航空工业学院、哈尔滨工业大学、西北工 业大学、大连铁道学院、上海交通大学、华东船舶工业学院、 兰州理工大学、清华大学、中南大学、天津大学等。研究的 主要内容涉及接头微观组织、接头力学性能、材料流动行为、 焊接温度场和热循环等。
摩擦焊工艺及分类
摩擦焊工艺
焊件绕轴旋转
其他运动
焊件不运动
相 位 控 制 摩 擦 焊
连 续 驱 动 摩 擦 焊
惯 性 摩 擦 焊
摩 擦 堆 焊
线 性 摩 擦 焊
轨 道 摩 擦 焊
径 向 摩 擦 焊
搅 拌 摩 擦 焊
搅拌摩擦焊
一 搅拌摩擦焊概况
搅拌摩擦焊(Friction Stir Welding，简称FSW)是英国焊接 研究所（TWI）1991 年发明的新型焊接工艺，起初主要是用 于铝合金的焊接。自问世以来，引起了世人的广泛关注。世 界许多国家和研究机构进行了大量的研究，自1999 年以来， 国际上已经连续举办了5 届专门的搅拌摩擦焊学术研讨会， 从2000 年起FSW 已成为美国“AeroMat”和“Materials Solution”学术会议中重要的内容。
焊接工艺设计与 实例分析
青年你想变酷吗？拉风的墨镜，帅气的皮 手套你想拥有吗？兵锋所指，火花四溅，举手 投足间尽显风流，青年你想吗？你还在等吗？
快点加入吧，这个NB的职业。。。
• 摩擦焊是一种固态热压焊，是利用摩擦热使焊件产生固相结合的焊接方法。 焊接时是利用焊件接触面之间的相对摩擦运动和塑性流动所产生的热量，使 界面及其附近区域达到热塑性状态并在压力作用下产生适当的宏观塑性变形 而形成接头。
（3）搅拌摩擦焊在汽车工业中的应用
目前，搅拌摩擦焊已经用于汽车车体顶棚加强板、车体 地板加强结构件、铝合金发动机框架、发动机壳体内衬、车 门加强结构件等。挪威首先利用搅拌摩擦焊实现了铝合金汽 车轮毂的搅拌摩擦焊制造，如图1.4所示。
• 搅拌摩擦焊目前主要有以下局限性： （1）焊接速度比某些熔化焊方法的低，如薄板焊接时，虽然 质量比激光焊接的好，但是焊接速度比激光焊接低。
（2）工件必须被刚性固定夹紧，不同的焊缝需要不同的工装 夹具，焊接设备的灵活性差。
（3）需要背面垫板，由于有较大的轴向力，背面必须有刚性 垫板。在封闭的结构中，背面垫板的取出是一个问题。 （4）焊接结束后存在“匙孔”。目前正在开发搅拌摩擦焊 “回抽技术”加以解决。
• （1）搅拌摩擦焊可以降低制造成本。搅拌摩擦焊是一种 简单、高效、节能且没有焊接消耗的连接方法。搅拌摩擦 焊可以节约能源，一台简单的适合于搅拌摩擦焊焊接的设 备对于厚度为12.5mm的6xxx系列的铝合金材料的搅拌摩 擦焊单道焊的总功率输入大约为3kW，而且除了搅拌头和 电外没有其他消耗。焊接过程不需要填充焊丝和保护气， 焊前不需要开坡口和对材料表面的氧化层等作特殊的处理。