搅拌摩擦焊工艺参数
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。
搅拌摩擦加工(FSP)介绍
1 搅拌摩擦加工（FSP）简介
Fig 5. Macrostructure of dissimilar joints: (a) 1000-40, (b) 1000120, (c) 1000-240 and the corresponding surfaces (d-f)
搅拌摩擦加工（FSP）是在搅拌摩擦焊 （FSW）的基础上发展而来的一种加工技术。
图4 航天特焊无倾角搅拌头
图3 搅拌摩擦加工（FSP） 主要工艺参数
1 搅拌摩擦加工（FSP）简介
Fห้องสมุดไป่ตู้P原理——利用搅拌头剧烈的搅拌作用，造成加工区材料发生剧烈塑性变形、混 合、破碎和热暴露，实现材料微观组织的细化、均匀化和致密化
2 搅拌摩擦加工（FSP）研究
2.1.2 细晶超塑性材料制备（Mishra等）
超塑性一般大于200% 480℃时，7075-T651铝合金
最大延伸率为1250%
图9 FSP加工后的7075-T651铝合金晶粒＜3.8μm
2 搅拌摩擦加工（FSP）研究
2.1.2 细晶超塑性材料制备（张大童等）
搅拌摩擦加工
Friction Stir Processing
目录
Contents
搅拌摩擦加工（FSP）简介 搅拌摩擦加工（FSP）研究 搅拌摩擦加工（FSP）特点 搅拌摩擦加工（FSP）展望
1 搅拌摩擦加工（FSP）简介
1997年，搅拌摩擦 技术被日本公司广 泛的应用于铝合金 车体制造
2002年，搅拌摩擦 焊中心在中国成立， 并在中国大力推广
δ5 ↑ 151.4%
2.1 铸造金属微观组织细化（Yaobin Wang等） 晶粒细化、消除内部缺陷
4mm 1050 搅拌摩擦焊焊接工艺 (5)
4mm1050搅拌摩擦焊焊接工艺摩擦焊是利用工件端面相互运动、相互摩擦所产生的热，使端部达到热塑性状态，然后迅速顶锻，完成焊接的一种方法。
摩擦焊可以方便地连接同种或异种材料，包括金属、部分金属基复合材料、陶瓷及塑料。
摩擦焊方法在制造业中已应用40多年了，由于其生产率高、质量好获得了广泛的工程应用，但焊接的对象主要是回转形零件，虽然也有其它形式的摩擦焊技术出现，以克服被焊工件几何形状的限制或提高生产率，如相位摩擦焊、径向摩擦焊、线性摩擦焊等，但实际应用很少。
最近还出现了摩擦堆焊，在工件上形成特殊性能的表面层。
搅拌摩擦焊（Friction Stir Welding）是英国焊接研究所TWI（The Welding Institute）提出的专利焊接技术。
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6×16m2的A1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。
本文主要介绍搅拌摩擦焊的方法、过程、特点以及焊接质量。
一、母材技术状况：1、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能，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。
二、焊接材料选择及技术材状况：1、选用300mm×100mm×4mm的试件。
2、表面处理特性：硬度均匀，适合复杂冲压成型，折弯，拉伸，整型不易破裂。
材料纯正，适合要求及稳定的阳极氧化表面处理。
3、1050纯铝力学性能：抗拉强度σ（Mpa）95～125条件屈服强度σ0.2（Mpa）≥75注：管材室温力学性能4、1050纯铝热处理工艺完全退火：加热390～430℃，随材料有效厚度不同，保温时间30～120min,空气或水冷。
4mm 1050 搅拌摩擦焊焊接工艺 (4)
4mm 1050 搅拌摩擦焊焊接工艺一、母材技术及状况1、工件材质：10502、材料性质：1050为纯铝中添加少量铜元素形成，其化学成分如表1，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。
抗拉强度σb：95~125MPa、条件屈服强度σ0.2 ≥75MPa。
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。
表1 1050化学成分牌号化学成分 %1050Si Fe Cu Mn Mg Zn V Ti杂质Al单个总和Min 0.3 0.4 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1 0 0 —1003、试件尺寸：300mm × 100mm × 4mm4、试件数量：2块5、焊接位置：平焊6、接头形式：对接接头7、焊接要求：单面焊双面成形二、焊接技术1、焊接方法：搅拌摩擦焊2、特点及应用（1）特点：a、属于固相焊接，接头不会产生与冶金凝固有关的熔焊缺陷和催化现象，力学性能优异，可用于异种材料的连接。
b、不受轴类零件的限制，扩大了应用范围。
c、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。
d、焊接无需填充材料，保护气体，焊前无需预处理，简化焊接工艺。
e、加热过程能量密度高，热输入速度快，焊接变形小，焊后残余应力小，焊件尺寸精度高。
f、搅拌摩擦焊焊接过程不产生弧光辐射、烟尘和飞溅。
g、焊接时机械力较大，搅拌焊头磨损相对较大，焊缝末端通常有“匙孔”存在。
（2）应用：搅拌摩擦焊广泛应用于航天制造、飞机制造、船舶制造、轨道交通领域、汽车制造及其他工业中。
三、焊接设备及工具1、焊接设备：搅拌摩擦焊焊机，如图1所示。
如图1 搅拌摩擦焊焊机2、焊接工具：搅拌焊头，如图2所示。
如图2 搅拌焊头四、焊前准备1、坡口形式：采用“I”形坡口。
2、加工方法：可采用机械切割、等离子弧切割、碳弧气刨等方法进行坡口加工。
搅拌摩擦焊工艺参数
搅拌摩擦焊工艺参数
佚名
【期刊名称】《现代焊接》
【年(卷),期】2006(000)009
【摘要】搅拌摩擦焊工艺参数主要有搅拌头的倾角、搅拌头的旋转速度、搅拌头的插入深度、插入速度、插入停留时间、焊接速度、焊接压力、回抽停留时间、搅拌头的回抽速度等。
搅拌摩擦焊时,搅拌头通常会向前倾斜一定角度,以便焊接时搅拌头肩部的后沿能够对焊缝施加一定的焊接顶锻力。
搅拌头的倾角设计指标一般为±5°,1搅拌头倾角对于薄板(厚度为1￣6mm)搅拌头倾角采用小角度,通常为1￣2°,对于中厚板(厚度大于6mm),根据被焊接工件的结构和焊接压力的大小,搅拌头的倾角通常采用3￣5°。
搅拌头的旋转速度与焊接速度相关,但通常由被焊接材料的特性决定,对于特定的材料,搅拌头的旋转速度一般对应着一个最佳工艺窗口,在此窗口内旋转速度可以在一定的范围内波动,以便2搅拌头的旋转速度和焊接速度相匹配,实现高质量的焊接。
据搅拌头的旋转速度,搅拌摩擦焊接可以分为冷规范、弱规范和强规范,各种铝合材料焊接规范分类如表1所示。
搅拌头的插入深度一般指搅拌针插入被焊接材料的深度,但有时可以指搅拌肩的后沿低于板材表面的深度。
对接焊时,焊接深度一般等于搅拌针的长度,由于搅拌针的顶端距离底部3搅拌头插入深度搅拌摩擦焊专栏TheFSW Column24现代焊接2006年第...
【总页数】2页(P)
【正文语种】中文
【中图分类】TG453.9
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4mm 1050 搅拌摩擦焊焊接工艺 (6)
4mm 1050 搅拌摩擦焊焊接工艺一、母材技术及状况1．工件材质：10502．⑴材料性质：1050铝合金为纯铝中添加少量铜元素形成，具有极佳的成型加工性质、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、深拉或旋转凹形器皿、焊接零件、热交换器、钟表面及盘面、铭牌、厨具、装饰品、反光器等。
具体化学成分见表1：表1 1050 化学成分化学成分 Al Si Cu Mg Zn Ti Fe百分比99.50 0.25 0.05 0.05 0.05 0.03 0~0.40 ⑵1050 纯铝热处理工艺a完全退火：加热390—430℃，随着材料有效厚度不同，保温时间30—120min；以30—55℃/h速度随着炉冷至300℃下，再空冷。
b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。
c淬火和时效：淬火500—510℃，空冷；人工时效95—105℃，3h，空冷；自然失效室温120h。
(3)1050 纯铝力学性能：抗拉强度在95MPa—125MPa3．材料尺寸 300mm×100mm×4mm4．焊接位置平焊5．焊接要求单面焊双面成形6．试件数量 2块7．焊接方法搅拌摩擦焊二、搅拌摩擦焊原理及特点1.原理：搅拌摩擦焊（FSW）是利用摩擦热作为焊接热源的一种固相焊接方法。
可以进行板材的对接、搭接、角接及全位置焊接。
特点：2.优点：(1)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，焊接性能接近母材，力学性能优异。
(2)不受轴类零件的限制，可进行平板的对接和搭接，扩大了应用范围。
(3)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。
(4)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。
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。
搅拌工具尺寸和工艺参数对塑料搅拌摩擦焊焊缝质量的影响
度 。焊缝质量与焊接温度之间有着密切的关系 ,尤其
是塑料焊接时 ,温度过低会焊合不良 ,温度过高又会出
现烧焦现象 。
搅拌摩擦焊过程达到稳定状态后 ,焊接温度 T 的
表达式 [ 6 ]为
T
= T0
+
μω 60π
(
6 cpρp
6 Fx lvd3
d3 +
+ 8πFz
6λp ld3 Δr
d2
+
3λs d21 Δz
25
焊合 ,但成形不良 ,表面粗糙 ,不饱满
25
焊合 ,但成形不良 ,表面粗糙 ,有浮渣
36
焊合 , 但成形不良 ,表面粗糙 ,
36
焊合 ,成形较好
25
部分焊合
25
焊合 , 成形较好 ,但焊缝中间有凹陷
36
部分焊合 ,有烧焦现象
36
焊合 ,但成形不良 ,焊缝一侧外溢
25
部分焊合
25
部分焊合
36
部分焊合
Abstract The experiments of p lastics FSW with different dimensional stir tools were carried out. The tests showed that a full and smooth joint can be obtained w ith 30 mm in shoulder diameter, 10 mm in p in diameter, 1660 r/m in in rota2 tion speed and 25 mm /m in in welding speed. The welding temperature was directly p roportional to rotation speed. The effect of welding speed was comp lex, increasing welding speed reduced the heat input and increased the normal force Fx acting on the p in, friction heat power and welding temperature. The diameter of tool shoulder can affect the friction heat power between the shoulder and the welded surface, increasing the diameter of tool shoulder can increase the welding tem2 perature and be helpful for the overflow and sp lash of the welding material. The effect of p in diameter is comp licated, in2 creasing the diameter increases the relative sliding speed between the p in and the welded material, which leads to the in2 creasing of the welding temperature, meanwhile increasing the diameter increases the endotherm power and the area for heat transfer, which reduces the welding temperature.
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搅拌摩擦焊工艺参数
搅拌摩擦焊技术作为一种新兴的焊接方式，由于其低热输入、无
污染、高强度等特点，受到越来越多的关注和应用。
而搅拌摩擦焊工
艺参数的选择，对焊接质量和效率至关重要。
一、工艺参数的种类
搅拌摩擦焊工艺参数主要包括预压力、搅拌头形状和转速、焊接速度、钨极压力、焊接时间等几个方面。
二、主要参数的选择
1、预压力：预压力的大小对焊接接头起到重要作用。
过大的预压力会
导致变形过大，而过小则会导致压接牢固不良。
通常，预压力的大小
应是焊接接头厚度的1.5~2倍。
2、搅拌头形状和转速：搅拌头形状和转速直接影响到焊接接头
的细小高低起伏。
一般搅拌头直径应该是焊接接头厚度的1/2~3/4，而转速则要根据不同的焊接材料来选择。
3、焊接速度：焊接速度的快慢会影响焊接区域的温度分布，从
而影响到焊接接头质量。
与传统气焊相比，搅拌摩擦焊接速度通常较快，从而大大提高了生产效率。
4、钨极压力：在搅拌摩擦焊过程中，钨极压力的大小直接影响
到焊接质量。
通常，钨极压力的大小应该是焊接接头的1.5~2倍。
5、焊接时间：焊接时间是影响焊接接头质量和工艺参数选择的
一个重要参数。
一般来说，焊接时间过长不仅会导致焊接接头表面温
度过高，而且会影响焊接材料的PH值。
三、总结
综上所述，搅拌摩擦焊工艺参数的选择对焊接质量和效率有着至关重
要的作用，因此在实际应用中必须根据不同的焊接要求，综合考虑各
项参数，确定合适的工艺参数，以确保焊接接头的合格率和工艺效率。