铝合金搅拌摩擦焊工艺
铝合金的搅拌摩擦焊资料
毕业设计说明书题目：铝合金的搅拌摩擦焊姓名：学号：指导老师:摘要铝及铝合金是工业中应用最广泛的一类有色金属结构材料，铝合金具有良好的耐蚀性、较高的比强度和导热性以及在低温下能保持良好力学性能等特点，在航空航天、汽车、电工、化工、交通运输、国防等工业部门被广泛地应用。
随着近年来科学技术以及工业经济的飞速发展，对铝合金焊接结构件的需求日益增多，使铝合金的焊接性研究也随之深入。
铝合金的广泛应用促进了铝合金焊接技术的发展，同时焊接技术的发展又拓展了铝合金的应用领域，因此铝合金的焊接技术正成为研究的热点之一。
英国焊接研究所(The Welding Institute)发明的搅拌摩擦焊为轻金属材料的连接提供了新的方法和途径。
自从搅拌摩擦焊摩擦焊发明以来搅拌摩擦焊技术得到广泛的关注和深入的研究。
特别是针对铝合金材料，世界范围的研究机构学校以及大公司都对此进行了深入细致的研究和工程应用开发并且在诸多工业制领域得到了成功应用。
本文详细介绍了搅拌摩擦焊原理特点并且针对铝合金的搅拌摩擦焊特点性能以及工业应用作了详细的阐述同时对搅拌摩擦焊在中国市场的发展和应用作了简略介绍和预测。
关键词：铝及铝合金搅拌摩擦焊焊接方法焊接特点AbstractAluminum and aluminum alloy is a kind of nonferrous metal structure material widely used in industry, aluminum alloy has high corrosion resistance, good strength and thermal conductivity as well as in the low temperature can keep good mechanical properties and other characteristics, in the aerospace, automotive, electrical, chemical, transportation, national defense and other industrial sectors are widely used. In recent years with the rapid development of science and technology and industrial economy, structure of the growing demand for aluminum alloy welding, so the aluminum alloy welding research also further. Aluminum alloy is widely used to promote the development of welding technology of aluminum alloy, the welding technology development and expanding the application field of aluminum alloy, so the aluminum alloy welding technology is becoming one of the hot research topics.British Welding Research Institute (The Welding Institute) the invention of the friction stir welding for light metal materials is connected and provided a new approach to. Since the invention of the friction stir welding friction welding, friction stir widely attention and deeply research get welding technology. Especially for aluminum alloy material, worldwide research schools and large companies have conducted in-depth study and engineering application and has been successfully applied in many industrial fields.This paper introduces the principle and the characteristics of friction welding and stirring in aluminum alloy friction stir welding properties and industrial applications are described in detail the development and application of friction stir welding in the Chinese market are briefly introduced and predicted. Keywords: Aluminium and aluminium alloy Friction stir welding Welding process Welding characteristics目录摘要 (1)英文摘要 (2)第一章铝的特点 (4)1.铝的焊接特点 (4)2.铝及铝合金的焊接方法 (5)第二章搅拌摩擦焊接 (7)1.搅拌摩擦焊接原理 (8)2.搅拌摩擦焊接方法 (8)3.搅拌头与搅拌摩擦焊设备 (9)4.搅拌摩擦焊特点 (11)第三章铝合金的搅拌摩擦焊 (14)1.铝合金的搅拌摩擦焊接工艺 (14)2.铝合金常用焊接规范 (19)3.铝合金搅拌摩擦焊接接头性能 (20)4.搅拌摩擦焊缺陷及预防方法 (22)第四章搅拌摩擦焊的应用及前景 (25)1.铝合金搅拌摩擦焊的应用现状 (25)2.铝合金搅拌摩擦焊的发展趋势 (27)第五章总结 (28)参考文献 (29)第一章铝的特点1、铝的焊接特点(1)铝在空气中及焊接时极易氧化，生成的氧化铝（Al2O3）熔点高、非常稳定，不易去除。
铝合金厚板搅拌摩擦焊焊接工艺研究张笑毛晓
铝合金厚板搅拌摩擦焊焊接工艺研究张笑毛晓发布时间：2023-07-18T02:56:32.701Z 来源：《中国科技信息》2023年9期作者：张笑毛晓[导读] 近几年来，我国的高速铁路事业取得了长足的进步，并成功走向世界。
随着我国城市轨道交通等城市轨道交通工具对车辆轻量化的需求，铝合金车体正逐渐被采用。
由于高速列车运行中严酷的条件和高速运行的特点，对承载部件的性能要求越来越高。
焊接接头的抗疲劳性能是高铁列车安全可靠运行的重要保证。
本文就铝合金厚板搅拌摩擦焊焊接工艺展开分析。
中车青岛四方机车车辆股份有限公司山东青岛 266100摘要：近几年来，我国的高速铁路事业取得了长足的进步，并成功走向世界。
随着我国城市轨道交通等城市轨道交通工具对车辆轻量化的需求，铝合金车体正逐渐被采用。
由于高速列车运行中严酷的条件和高速运行的特点，对承载部件的性能要求越来越高。
焊接接头的抗疲劳性能是高铁列车安全可靠运行的重要保证。
本文就铝合金厚板搅拌摩擦焊焊接工艺展开分析。
关键词：焊接工艺；铝合金厚板；搅拌摩擦焊在新的时代，市场竞争越来越激烈，社会需求也在不断改变，因此，既要保证产品的质量，又要保证安全性，同时兼顾节能与环保，既要提高速度又要提高效率，这就成了交通运输业的新目标。
要达到这个目的，必须在材料上有所突破。
铝与铝合金相比，具有比强度高、耐腐蚀性能好等明显优势。
这些产品所占的比重不断增加，已经成为船舶和航空航天等交通工业的首选产品。
铝合金板材的应用范围越来越广，尤其是在航空、航天等领域。
对运载工具的自重要求越轻越好，以降低运载量。
在此，可充分显示出厚铝板材的优越性。
在A340飞机的生产过程中，所用到的结构构件中，大约有80%是铝合金，而另有50%是铝合金厚板材。
采用大尺寸铝合金薄片，不但不会影响飞机的承载力，而且还会使飞机的自重大幅下降，因此可以减少燃料消耗，提高经济效益，并为飞行器的其它用途创造了良好的条件。
铝合金厚板的应用并不局限于上述产业。
铝合金搅拌摩擦焊
铝合金搅拌摩擦焊铝合金搅拌摩擦焊是一种新型的焊接技术，采用搅拌摩擦和热成型技术连接铝合金件，具有高强度、高密度、高质量等优点。
它是一种非常适用于铝合金焊接的技术，逐渐在航空、船舶、汽车、工程机械等领域中得到广泛的应用。
一、搅拌摩擦焊的基本原理：搅拌摩擦焊采用的是搅拌摩擦原理，利用搅拌工具在铝合金工件之间产生高温和高压，使铝粉末软化后再强制挤压，形成均匀的金属晶粒和致密的焊缝。
在搅拌摩擦焊的过程中，由于摩擦热和加压的作用，使铝合金接头处的温度升高，铝合金达到了塑化状态，再通过搅拌工具的旋转，将金属元素混合形成熔体，然后通过挤压形成均匀的焊缝。
二、铝合金搅拌摩擦焊的优点：1.高强度：搅拌摩擦焊焊接的铝合金接头具有非常高的强度，其强度甚至可以超过基材强度。
2.高质量：搅拌摩擦焊焊接的铝合金接头中没有焊缝氧化皮，且焊接过程中产生的铈等杂质较少，焊缝的质量比较高。
3.无损：搅拌摩擦焊和传统的焊接不同，它不需要加入任何的填充材料，也不会产生任何的变形和裂纹，无需进行后续的处理和检验。
4.成本低：由于不需要使用任何填充材料和后续处理工艺，因此搅拌摩擦焊的成本较低，操作简单，效果稳定可靠。
三、铝合金搅拌摩擦焊的应用：搅拌摩擦焊技术可以应用于多种铝合金材料的连接，如6XXX系列的铝合金、7XXX系列的铝合金等，其应用范围可以覆盖到航空、船舶、汽车、电力、机械制造等多个行业。
尤其是在空间航空领域中，铝合金搅拌摩擦焊被广泛应用，因为它可以解决传统焊接工艺在航空器外皮焊接中存在的一系列问题。
四、铝合金搅拌摩擦焊的发展趋势：在金属焊接行业，铝合金搅拌摩擦焊越来越得到重视，被认为是一种高新技术，与传统的焊接技术相比较，具备多种优点。
相信未来，随着更多的应用场景开发出来，这种焊接技术将得到更加广泛的应用。
总结：铝合金搅拌摩擦焊是一种新型的焊接技术，它具有高强度、高密度、高质量等优点，能够解决传统焊接技术存在的一系列问题，被广泛应用于航空、船舶、汽车、电力、机械制造等领域。
搅拌摩擦焊工艺在轨道车辆上的应用
搅拌摩擦焊工艺在轨道车辆上的应用搅拌摩擦焊（FSW）是一种新型的可靠焊接技术，它可以在不融化金属的情况下实现高效的焊接，具有成本低、安全可靠和环保等特点。
近年来，在轨道车辆制造领域中，搅拌摩擦焊工艺已经得到广泛应用，并且取得了较好的效果。
首先，搅拌摩擦焊工艺可用于铝合金车身构造焊接。
轨道车辆的车身是由一系列结构件组成的，这些结构件需要通过高强度的焊接技术来连接。
传统的焊接方法往往需要采用高温高压的焊接方式，这种方法在很大程度上会损坏车身的质量和表面。
与此相比，搅拌摩擦焊工艺采用机械方式将金属板材逐层焊接，不会产生过多的热量和压力，从而不会损坏铝合金的质量和表面。
其次，搅拌摩擦焊工艺可用于轨道车辆的内壁和地板焊接。
内壁和地板是轨道车辆内部结构的重要组成部分，它们需要使用可靠的焊接技术来连接。
搅拌摩擦焊技术可以通过调整摩擦焊接头的形状和大小、调整焊接头的速度和压力，实现内壁和地板的不间断焊接。
这种焊接方式不仅可以保持车辆的稳定性和平衡性，而且可以节约制造成本。
最后，搅拌摩擦焊工艺可用于轨道车辆制造过程的半自动化和全自动化。
搅拌摩擦焊技术可以通过使用焊接机器人和控制系统，实现轨道车辆制造过程的半自动化和全自动化。
采用这种方式可以大大提高工作效率，并减少人工焊接造成的损伤和错误。
总之，搅拌摩擦焊技术在轨道车辆制造领域中的应用前景十分广阔。
随着其技术的不断发展和改进，相信搅拌摩擦焊技术将更好地服务于轨道车辆制造行业，为建设更为安全、高效、舒适的现代交通运输系统做出新的贡献。
近年来，全球轨道交通行业发展迅速，加强了对于高质量、高效率和环保的要求，因而搅拌摩擦焊工艺应用范围得到了广泛拓展和应用。
下面列举一些相关的数据，并对其进行分析：1. 搅拌摩擦焊用于地铁车辆框架的比例在不断增加。
据英国机动车公司（BJM）公布的数据，该公司2017年在墨西哥制造了320台地铁车，其中使用到了FSW技术。
而截至2021年，使用该技术制造的车辆已占到该公司总生产量的60%。
铝合金搅拌摩擦焊工艺研究
目前，该所主要是与航空、航天、船舶、高速列车及汽车等焊接设备制造厂和国际性的大公司联合，以团体赞助或合作的形式（TWI的GSP项目）研究、开发搅拌摩擦焊技术，不断扩大其应用范围。
目前由工业企业赞助的研究项目包括：大厚度铝合金的搅拌摩擦焊、钢的搅拌摩擦焊、钛合金的搅拌摩擦焊、汽车轻型构件的搅拌摩擦焊等。美国的爱迪生焊接研究所（EWI）与TWI密切协作，也在进行FSW工艺的研究。美国的洛克希德。马丁航空航天公司、马歇乐航天飞行中心、美国海军研究年、Dartmuth大学、德国的Stuttgart大学、澳大利亚的Adelaide大学及澳大利亚焊接研究所等都有从不同的角度对搅拌摩擦焊进行了专门研究。
Boeing公司投资几百万美元，制造了用于Delta运载火箭的大型低温燃料容器的大型专用搅拌摩擦焊机，BAE空中客车公司正在对FSW技术进行方法、性能和可行性验证，目的是用来生产中型和大型商用客机，所采用的搅拌摩擦焊机由地处合利伐克斯的GRAWFORD-SWIFT公司制造，据说是欧洲功率最大的焊机。美国ECLIPSE（月蚀）航空公司将利用FSW来制造一架10.86m长、翼展11.88m的中型飞机。公司估计，采用FSW可以将机身壁板上的加强肋、框架的装配时间减少80%，使飞机成本降低为83.7万美元。此飞机的主要结构件、蒙皮等全部采用国际上最新的连接技术――搅拌摩擦焊技术制造，客机的机身基本上全部利用搅拌摩擦焊制造，其中包括飞机蒙皮、翼肋、弦状支撑、飞机地板以及结构件的装配等
1. 2提高飞机制造效率
传统的飞机结构多为机械连接的装配方法，零件多，速度慢，制造步骤复杂，不容易实现生产装配自动化。但搅拌摩擦焊技术在飞机制造领域的应用，可使飞机高成本、大件加工、机械连接方式变为低成本、小件焊接、整体成型结构方式，有效提高了飞机制造装配的效率，缩短了飞机零、部件的制造装配周期。另外，搅拌摩擦焊技术对硬件要求较低，完全可以通过对传统机床设备的改造，或在现有机械设计和加工能力的基础上完成。而且焊接过。目前国外公司已经在数控多坐标铣床和焊接机器人系统上应用搅拌摩擦焊技术，实现搅拌摩擦焊的变截面的空间曲线轨迹的焊接。波音公司已经成功地实现了复杂结构的飞机门的曲线搅拌摩擦焊焊接;另外在战斗机的裙翼上成功地实现了薄板T形接头的搅拌摩擦焊连接，并且进行了相关飞行测试。
铝合金搅拌摩擦焊
1自然时效 室温放置96h，
2人工时效185~195℃保温 6~12小时，空冷
分级时效：
第一步：100~130℃保温1-4h, 形成GP区 第二步：185~195℃时效8-9h，析出沉淀相
分级时效的优点：
先在一个较低的温度获得 高浓度 G.P. 区，然后再较高的温 度下获得 均匀的沉淀相， 提高组织的均匀性。
参考文献
[1]李生朋. 铝合金薄板搅拌摩擦焊焊接变形机理与控制 [D]. 中南大学, 2011.
[2]李兵 . 6063铝合金薄板搅拌摩擦焊接工艺及机理的研究 [D].东北大学, 2009. [3]胡尊艳. 焊后时效对6061-T6铝合金搅拌摩擦焊接头组织 和性能的影响[D].北京交通大学, 2008.
热影响区 : 温度不足以使沉淀相溶解，沉淀相发生粗 化。 热机械影响区：温度达到固溶温度，部分沉淀相粗化， 部分溶解，在后续的冷却过程中有少量细小沉淀析出 中心
焊核区：沉淀相完全溶解， 冷却过程中，沉淀相优 先在位错和晶界处析出，分布不均匀
五、解决方案
焊缝后续热处理 一 二 三 350~370℃保温30到120min 去应力退火 固溶处理 ：加热到490~505℃， 然后水冷。 时效 ：
[4]周德生. 铝合金搅拌摩擦焊构件时效成形研究[D]. 南昌 航空大学, 2011.
[5]王海艳. 6061铝合金搅拌摩擦焊接头组织和性能研究 [D]. 华南理工大学, 2010.
一、背景介绍
铝合金焊接性:
1、焊接变形 2、焊接裂纹问题 3、焊接接头软化 4、气孔
与传统熔化焊接方法相比，搅拌摩擦焊具有接头宏观形 貌良好、焊后残余应力和变形较小、焊缝性能良好；焊接 时无烟尘、无辐射；焊接过程中不需焊丝填充、不需气体 保护，比较节省成本，最大程度上缓解了因热输入过大导 致的铝合金焊接接头发生的“软化”及裂纹、气孔等严重 缺陷，因此搅拌摩擦焊特别适合于铝合金的连接。
ISO25239-4搅拌摩擦焊-铝合金：焊接工艺规程及评定电子教案
搅拌摩擦焊一铝合金一第四部分：焊接工艺规程及评定1范围ISO 25239 +的本部分规定了阴及铝合金搅拌摩擦焊（对）的焊接L艺观程及评定的要求.此标准中，术语样偌”指的是瘩及其合金。
ISO 25239中的此部分不适用于搅拌摩擦点焊，注*辅助要求、材料或制造条fl凹以进行比ISO 25239中规定要求更全面的测试占2参考标准下列标准是本标准应用过程中不可或缺的部分.注明日期的参考标准’只引用该版本* 未注明日期的参芍标准，以最新版本〔包括修订版）为由抵ISO 209.铝及铝合金-化学成分ISO S57-1,焊接和相关工艺-术语-第1部分；金属焊按匚艺ISO2W7.铝及铝合金-锻造产品-锻造设计ISO 3]34 （所有部分）,轻金属及其合金术语和定义ISO 4136,金底材料焊接的硼邱性试验-横向拉伸试验ISO 5173,金属材料焊接的破坏性试验-弯曲试验ISO 6520-1,焊接利相关1.艺-金属材料中几何城陷的分类-第1部分：燃焊ISO 9017,金属材料焊接的破坏性试验-断裂试验ISO L0042,焊接-铝及其合金的电瓠焊接接头-缺陷质量等级ISO 13916,焊接预热温度、侦间温度及预热锥持温度的测精指南[SO 14175,焊接材料-电弧焊接与切割用保护气体[SO 15607:2003.金属材料焊接工艺规程及评定一般原蛔[SO 15613,金属材料焊接工艺规程及评定-基于预牛产焊接试验的评定ISO 15611 2,金腐材料焊接「艺规程及评定书接工艺评定试法第2部分：铝及铝合金电弧岸接ISO 17637,焊缝外观检验-慵化焊接头的外观检睑ISO 17639,金属材料怦缝破坏性试验■焊缝宏戏和微观检脸ISO/ TR 17671-1焊接-金属材利焊接的建议-第1部分：孤焊通用指南ISO 25239-1：201b搅持•摩擦焊-铝-第1部分：术语TSO 25239-5:20IE搅拌摩擦焊-铝-第5部分t质量检骑段求ISO 80000-1:2009,最纲和单位第1部分：总则3术语及定义ISO 209-L, ISO 857-1, ISO 3134,150 6520 b ISO 1004% ISO 15607, ISO 15613*ISO 15614-2, ISO/ PR 17671-1和ISO 252的T中的术语及定义适用于本交件-4符号及纯写术倍焊接工艺规程的符号和缩写术语参考ISO 15607： 2003表L5埠接应用及工艺规程5, 1概述焊接生产前应进行焊接工艺验证.生产商应利用以往产品的经脍和焊接技术上的基本知识，做好适用于实际生产的预焊接工艺规程（pWPS）. ”pWP冏作为建立焊橙T艺评定报告（WPQR）的基础来进行删试.测试方法按照第6条。
4mm 1050 搅拌摩擦焊焊接工艺 (3)
4mm 1050搅拌摩擦焊焊接工艺一、母材技术状况1、特性及应用1050铝合金为纯铝中添加少量铜元素形成，具有极佳的成形加工特性、高耐腐蚀性、良好的焊接性和导电性。
广泛应用于对强度要求不高的产品，如化工仪器、薄板加工件、深拉或旋压凹形器皿、焊接零件、热交换器、钟表面及盘面、铭牌、厨具、装饰品、反光器具等。
2、化学成分3、力学性能抗拉强度σb (MPa)95～125条件屈服强度σ0.2 (MPa)≥75注：管材室温力学性能试样尺寸：所有壁厚4、热处理工艺热处理规范：(1)完全退火:加热390～430℃;随材料有效厚度不同,保温时间30～120min;以30～50℃/h速度随炉冷至300℃下,再空冷。
(2)快速退火: 加热350～370℃;随材料有效厚度不同,保温时间30～120min;空或水冷。
(3)淬火和时效:淬火500～510℃,空冷;人工时效 95～105℃,3h,空冷;自然时效室温120h二、焊接材料的选择及技术状况1、概述搅拌摩擦焊的英文是Friction Stir Welding，缩写为FSW ，于1991年由焊接研究所发明的。
它是利用间接摩擦热实现拌菜的连接。
这种发发打破了原来的摩擦焊只限于圆形断面材料焊接的概念，是上个世纪末本世纪初最新的铝及其合金的焊接技术。
2、搅拌摩擦焊的原理搅拌摩擦焊的原理如图1-1所示，它是利用带有特殊形状的硬质搅拌指棒的搅拌头旋转着插入被焊接头，与被焊金属摩擦生热，通过搅拌摩擦，同时结合搅拌头对焊缝金属的挤压，使接头金属处于塑形状态，搅拌棒指棒边旋转边沿着焊接方向向前移动，在热-机联合作用下形成致密的金属间结合，实现材料的连接。
图1-13、搅拌摩擦焊（1)搅拌摩擦焊的优点①搅拌摩擦焊是一种高效、节能的连接方法对于厚度为12.5mm的6xxx系列的铝合金材料的搅拌摩擦焊，可单面焊双面成型，总功率输出大约3Kw；焊接过程不需要填充焊丝和惰性气体保护；焊前不需要开坡口和对材料表面做特殊处理。
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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。
外观检测主要检查焊缝的形状、尺寸、表面质量等；无损检测主要通过X射线、超声波等方法检测焊缝内部是否存在缺陷；力学性能检测主要测试焊接接头的拉伸、弯曲、冲击等性能指标。
通过质量检测可以全面评估焊接质量，及时发现并处理存在的缺陷和问题。
八、成品检验
成品检验是对铝合金搅拌摩擦焊接成品的最终检验环节。
检验内容包括外观检验、尺寸检验、标识检验等。
外观检验主要检查成品表面是否平整、光滑、无明显缺陷；尺寸检验主要测量成品的关键尺寸是否符合图纸要求；标识检验主要核对成品的标识信息是否清晰、完整、无误。
成品检验合格的铝合金搅拌摩擦焊接成品可以交付使用或进行包装储存。