搅拌摩擦焊的研究进展与应用
搅拌摩擦焊镁铝异种材料研究现状
随着现代制造技术的不断进步，材料焊接技术也在不断发展。
搅拌摩擦焊作为一种新型的焊接方法，因其低能耗、无污染、高效率等优点而备受关注。
在工业界和学术界，对搅拌摩擦焊技术的研究也越来越深入。
一、搅拌摩擦焊简介1. 搅拌摩擦焊的原理和特点搅拌摩擦焊是一种无熔金属的固态焊接方法，通过机械搅拌和摩擦加热的方式将材料焊接在一起。
与传统的熔化焊接方法相比，搅拌摩擦焊具有温度低、热影响区小、焊接变形小等优点。
2. 搅拌摩擦焊的应用领域搅拌摩擦焊技术已广泛应用于航空航天、汽车制造、铁路交通等领域，尤其在焊接铝合金、镁合金等轻金属材料方面具有独特优势。
二、搅拌摩擦焊镁铝异种材料研究现状1. 镁铝异种材料的特点镁铝异种材料因其密度低、强度高、耐腐蚀等特点，被广泛应用于航空航天、汽车制造等领域。
然而，由于镁铝材料的化学性质和熔点差异较大，传统的焊接方法往往难以实现良好的焊接效果。
2. 搅拌摩擦焊镁铝异种材料的研究现状为解决镁铝异种材料的焊接难题，学术界和工业界进行了大量的研究。
目前，搅拌摩擦焊镁铝异种材料的研究已取得了一定进展，但仍存在一些挑战。
3. 研究现状的主要问题（1）焊接接头的组织和性能不稳定，需要进一步优化工艺参数和焊接头形貌。
（2）搅拌摩擦焊镁铝材料的金属间化合物生成机理和影响因素尚不清楚，需要深入研究。
（3）焊接接头的力学性能、耐腐蚀性能等方面还需要进一步评估和提升。
三、未来研究方向1. 优化焊接工艺参数针对搅拌摩擦焊镁铝异种材料存在的问题，未来研究可以进一步优化焊接工艺参数，包括搅拌转速、下压力、焊接速度等，以获得更稳定的焊接接头组织和性能。
2. 深入研究金属间化合物形成机理金属间化合物的生成对搅拌摩擦焊接头的性能具有重要影响，未来的研究可以针对金属间化合物的形成机理和影响因素进行深入探讨，为优化焊接工艺提供理论依据。
3. 综合评价焊接接头性能未来的研究还可以从焊接接头的力学性能、耐腐蚀性能等方面进行综合评价，探索提升镁铝异种材料搅拌摩擦焊接头综合性能的途径。
船舶结构的搅拌摩擦焊技术报告
船舶结构的搅拌摩擦焊技术报告船舶结构的搅拌摩擦焊技术报告搅拌摩擦焊技术是一种新型的金属材料连接方法。
该方法利用摩擦热与搅拌作用，使金属材料产生局部塑性变形，从而实现固态连结。
该技术具有操作简单，接头质量好，能耗低等优点，因此在船舶结构中得到了广泛应用。
一、船舶结构中的应用搅拌摩擦焊技术在船舶结构中主要用于铝合金板材的拼接。
在现代船舶建造中，轻量化的趋势越来越明显，因此铝合金材料的应用越来越广泛。
搅拌摩擦焊技术可以在不损伤材料表面的情况下，将不同板材整齐平直地接合在一起，从而形成更为坚固的整体结构。
该技术因其良好的焊接质量和高效的生产效率，在船舶制造领域得到广泛应用。
二、搅拌摩擦焊技术的原理搅拌摩擦焊技术的基本原理是，通过将两个工件在不断转动的过程中进入摩擦接触状态，产生摩擦热使金属软化，然后进行搅拌，使金属实现塑性变形，最后在搅拌过程中将两个工件连接而成。
整个焊接过程是在超塑性状态下进行的，不会涉及到优化熔化等操作，因此避免了出现焊缝气孔、裂纹等缺陷，从而保障了焊接质量。
三、工作原理搅拌摩擦焊的工作流程如下：1.在铝合金板材边缘表示出预定的接合线。
2.将两个铝合金板材平放在磨削机工作台上，保证两者相互垂直且接合线重合。
3.开启磨削机，让其达到设定转速。
4.使磨削工具沿接合线移动，使两个铝合金板材进入摩擦状态。
5.通过搅拌器进一步加热并搅拌材料，使材料局部塑性变形，并形成均匀的连接缝。
6.关闭设备，待材料冷却后，便可将铝合金板材焊接成功。
四、效果与应用采用搅拌摩擦焊技术进行铝合金材料接合可以收到以下效果：1.良好的焊接质量，焊缝紧密。
2.不产生气孔、裂纹等缺陷。
3.节省了能源，减少了对环境的污染。
4.生产效率高，可以完成大规模生产。
搅拌摩擦焊技术在船舶结构中的应用已经得到广泛的认可。
它可以提高船舶结构材料的强度和刚度，减少船舶自身质量，提高使用效率。
在船舶结构设计和施工中，将会是一种经济、高效的金属材料连接方法，具有非常广阔的发展前景。
谈搅拌摩擦焊技术
成功案例介绍及经验总结
01
成功案例一
某航空制造企业成功应用搅拌摩擦焊技术，实现了铝合金材料的可靠连
接。通过合理的工艺参数设置和操作规范，获得了高质量的焊接接头，
提高了生产效率。
02
成功案例二
某轨道车辆制造企业采用搅拌摩擦焊技术，实现了不锈钢车体结构的快
速、高效连接。通过优化工艺参数，降低了焊接变形和应力，提高了焊
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汽车制造领域
车身结构的连接
搅拌摩擦焊技术可用于汽车车身结构的连接，提高车身的强度和刚度。
新能源汽车电池托盘的焊接
搅拌摩擦焊技术还可用于新能源汽车电池托盘的焊接，提高电池托盘的稳定性和安全性。
轨道交通领域
轨道车辆的制造
搅拌摩擦焊技术可用于轨道交通领域中轨道车辆的制造，提高车辆的稳定性和安全性。
地铁车辆车体的焊接
搅拌摩擦焊技术还可用于地铁车辆车体的焊接，提高车体的强度和刚度。
新能源领域
太阳能板的焊接
搅拌摩擦焊技术可用于新能源领域中太 阳能板的焊接，提高太阳能板的稳定性 和效率。
VS
风力发电机叶片的焊接
搅拌摩擦焊技术还可用于风力发电机叶片 的焊接，提高叶片的稳定性和安全性。
03
搅拌摩擦焊技术工艺流程与设 备
，能够产生摩擦热和塑性变形，实现材料的连接。
控制系统
02 用于控制搅拌头的旋转速度、压力和焊接时间等参数
，确保焊接过程的稳定性和可控性。
焊接夹具
03
用于固定待焊接的材料，确保焊接过程的稳定性和精
度。
设备选型与维护
设备选型
根据生产需求和预算等因素，选择适合的搅拌摩擦焊设备，包括搅拌头的类型、尺寸和 控制系统等。
搅拌摩擦焊及其研究现状
图 2 搅拌摩擦焊焊缝横截面金相组织图 通过对 搅拌摩擦焊焊 接接 头的金 相分 析以 及显微 硬度 分 析可以发现, 搅拌摩擦焊 的焊缝 组织 可分为 A、B、C、D 四个 区 域( 图 3) : A 区为母材区( basic metal, 简称 BM ) , 无热 影响也 无 热变形; B 区为热影响区( heat affected zone, 简称 HAZ) , 该区 域 的材料因受热循 环的 影 响, 微观 组 织和 力学 性 能均 发生 了 变 化, 但没有发生塑性变形; C 区为热 变形影响 区( thermomechanically affected zone, 简称 T M AZ) , 该 区域 材料 已经 产生 了剧 烈 的塑性变形。就铝合金而言, 再结晶区域和 T M AZ 之间通常有 明显的界限, 但在其它 没有热 致相变的 材料中, 如在 纯钛、B 钛 合金、奥氏体不锈钢和铜中, 似乎 T MA Z 整体已再结晶化, 产生 了无应变再 结晶, 这 可能使 得 HA Z/ T M AZ 的边 界难以 精确 划 分; D 区为焊核( dynamically recr ystallized zone, 简称 DX Z) , 焊核 是最接近轴肩的区域, 组织结构通常有较大的 变化。
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, 与工件表面的快速摩擦 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 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 加热至超塑 性 状态。结果 , 焊针磨擦接缝, 破碎氧化膜, 搅拌和 重组搅拌焊 头 后方的磨碎材料, 搅 拌 焊头 后方 的 材料 冷却 后 就形 成固 态 焊 缝。这种方法可以 看作 是 一 种自 锁 孔连 接 技 术, 在焊 接 过 程 中, 焊针所在处形成小孔, 小孔在随后的焊接过程中又被填满( 最 后形成的小孔例外, 这个小孔可以用其它方法填满或切除掉) 。
搅拌摩擦焊技术应用现状及其发展趋势
搅拌摩擦焊技术应用现状及其发展趋势摘要：搅拌摩擦焊是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。
本文简述了搅拌摩擦焊的工作原理及优缺点，重点分析了搅拌摩擦焊技术在航空航天、汽车、船舶、电力电子、轨道交通、国防军工以及其它领域的应用现状及发展趋势。
关键词：搅拌摩擦焊；航空航天；汽车；轨道交通；应用；发展趋势引言搅拌摩擦焊作为一项革命性新型焊接技术，其有效解决了轻合金材料焊接方法问题，可达成铝、镁、铜等轻质合金材料高效、优质、绿色的非熔化连接。
中国发展和应用搅拌摩擦焊是时代的召唤，是我们所需肩负的重要使命。
由此可见，对搅拌摩擦焊技术应用现状与发展趋势开展研究，既有着十分重要的现实意义，又有着十分重要的战略意义。
一、工作原理搅拌摩擦焊，本质上是一种固相焊接，它需要借助一个非自耗的搅拌头（一般包括四部分，分别是搅拌针、轴肩、过渡部分和夹持部分）。
首先将待焊工件刚性固定，接着将搅拌针高速旋转着插入到被焊工件内部，直到轴肩下压到被焊工件内，然后搅拌针沿着焊接方向与工件做相对运动，在摩擦热和塑形变形热的作用下，焊缝两侧金属在搅拌针的牵引下进行塑性流动，在搅拌针的搅拌和轴肩的锻压共同作用下，形成焊接接头。
二、优缺点搅拌摩擦焊的优点：1）固态焊接技术，没有材料熔化；2）高质量，高效率，低成本；3）可实现多种接头形式的焊接；4）焊件中残余应力低，残余变形小；5）搅拌摩擦焊接头强度高，断裂韧度高；6）焊缝为细晶组织，没有气孔、裂纹、夹渣等缺陷，节省修理费用；7）操作简单，便于实现自动化。
搅拌磨擦焊存在的主要缺点：由于焊缝不形成增强焊波，难以用于填角焊等焊接，其接头形状有限；焊接形式受限，曲线焊接操作较难；焊缝的始端与终端有残孔。
三、缺陷（1）搅拌摩擦焊过程属于热力复合作用过程，通常在焊缝正下方存在刚性支撑，在开展难以提供刚性支撑的工件焊接时，难度十分大。
搅拌摩擦焊研究现状
搅拌摩擦焊研究现状第一篇：搅拌摩擦焊研究现状搅拌摩擦焊技术在国内外的发展状况搅拌摩擦焊的技术特点是焊接金属不熔化，焊缝为锻造的细晶组织，并且作业环境不受限，适合于大型结构的焊接，同时工艺参数少、参数裕度大，焊接质量稳定，是一项高效、低成本、环保的固相焊接新技术。
正是由于搅拌摩擦焊所具有的这些技术特色和优点，这项技术被称之为焊接技术的一场革命，也使得这项技术从发明至今的短短十几年内，得到了其它焊接方法从未有过的快速发展，尤其是在国外，搅拌摩擦焊技术发展和工业应用的速度之快令人瞠目结舌。
首先表现在搅拌摩擦焊应用的材料上，除了各种铝合金、镁合金和铜合金以外、钛、钢甚至高温合金等高熔点高热强金属材料的搅拌摩擦焊技术研究甚至工业应用也已经开始。
当前，搅拌摩擦焊单道一次焊透铝板的能力为最厚100mm、最薄0.5mm，焊接铜板最厚达50mm，焊钛合金最厚达25mm。
从焊接方法的发展来看，搅拌摩擦焊已从最初的一体式搅拌头焊接方法发展衍生出了分体搅拌头（可回抽搅拌头，固定轴肩搅拌头）式搅拌摩擦焊、双焊接头（同面共主轴反向旋转，双面双主轴）搅拌摩擦焊、双轴肩搅拌摩擦焊、高转速搅拌摩擦焊以及搅拌摩擦点焊等。
由于搅拌摩擦焊是通过搅拌工具施加的运动和作用力使被焊材料形成焊缝的，焊接过程中的作用力很大，因此焊接设备本身刚性一般都很大、很笨重。
但国外搅拌摩擦焊设备已从最初的类铣床结构发展出了动龙门动横梁多轴联动搅拌摩擦焊设备、机器人搅拌摩擦焊设备、移动式搅拌摩擦焊设备甚至便携式搅拌摩擦焊设备。
焊接设备的发展，也使搅拌摩擦焊的适用对象从简单规则形状焊缝发展到了空间曲线焊缝的焊接和外场的维修补焊。
最后，从工业应用来看，搅拌摩擦焊已在先进国家的航空、航天、兵器、电力电子、石油化工、船舶、轨道交通、汽车等制造领域得到了大量应用，应用部位已从非承力、次承力结构发展到关键承力结构上，搅拌摩擦焊在国外铝、镁等轻合金结构制造上正在成为主导甚至必选的制造技术手段。
铝合金搅拌摩擦焊技术研究及应用
铝合金搅拌摩擦焊技术研究及应用铝合金搅拌摩擦焊技术是一种高效、环保的焊接方法，在航空航天、交通运输、轻工制造等领域具有广泛应用前景。
本文将从工艺原理、研究进展、优势与挑战等方面进行分析，全面介绍铝合金搅拌摩擦焊技术的研究及应用。
搅拌摩擦焊是一种非传统焊接方法，它将工件接头通过旋转和外力压合的方式进行连接，并在摩擦热量和塑性变形的作用下实现焊接。
铝合金在搅拌摩擦焊过程中，由于高温和塑性变形，形成了均匀的焊接区域，焊缝强度和密封性良好。
与传统的焊接方法相比，铝合金搅拌摩擦焊具有以下几个优点：首先，搅拌摩擦焊无需外加焊接材料，避免了常规焊接中的焊剂使用和气体保护等问题。
这降低了成本，同时减少了环境污染。
其次，搅拌摩擦焊具有较高的焊接速度和效率。
焊接头变形均匀，焊接时间短，适用于大面积或长尺寸工件的焊接。
第三，搅拌摩擦焊对铝合金的应变硬化效应较小，减少了焊接区域的硬化现象，提高了焊缝的塑性和可靠性。
铝合金搅拌摩擦焊技术的研究进展日益丰富。
首先，针对不同铝合金材料和焊接条件，研究者通过调整焊接参数和其他工艺控制手段，优化焊接质量和性能。
例如，通过控制转速、下压力、摩擦时间等参数，可以实现理想的焊接接合。
同时，研究者还对焊接头几何形状、初始材料状态等因素进行改善和控制，提高焊接接合的可靠性。
其次，近年来，通过引入其他技术手段，如电流、激光、超声等，与搅拌摩擦焊相结合，可以进一步提高焊接接合的强度和质量。
例如，搅拌摩擦挤压焊技术将搅拌摩擦焊与挤压焊结合，对铝合金零件进行焊接加工，获得了良好的焊接接合。
此外，铝合金搅拌摩擦焊技术在实际应用中也取得了广泛成功。
在航空航天领域，搅拌摩擦焊被用于连接飞机结构件、涡轮叶片等零部件，取得了良好的焊接接合效果。
在交通运输领域，搅拌摩擦焊被广泛应用于铁路和汽车制造中。
在轻工制造领域，搅拌摩擦焊技术也被广泛应用于电子设备、电池等领域的制造。
然而，铝合金搅拌摩擦焊技术仍面临一些挑战。
搅拌摩擦焊技术研究与应用
搅拌摩擦焊技术研究与应用搅拌摩擦焊技术研究与应用陈湘陵谢振中课题：湖南省科技厅自然科学课题，课题编号：2011CK3056。
本文性连接的目的。
该技术是以固相连接工艺实现的焊接技术。
2.搅拌摩擦焊技术优点与传统焊接方法相比，搅拌摩擦焊技术具有以下几个优点。
一是焊前不需进行复杂的准备，被焊材料不熔化，焊接接头性能优良，固相连接接头强度高，可实现全方位焊接；二是焊接过程可靠性高，尺寸精度高，生产率高，成本低且节能；三是具有广泛的工艺适应性，能有效减小或消除冶金化学反应问题，能焊接性能差异很大的异种金属材料，亦可焊接同一台设备的金属和非金属材料；四是安全环保，焊接过程整洁，不会产生飞溅、辐射的情况，或产生有害物质。
二、搅拌摩擦焊技术研究现状-系统开展搅拌摩擦焊技术的研究和应用；2002年4月份，“中国搅拌摩擦焊接中心”在北京饭店成立，被英国焊接研究所授予独家许可权，即拥有发放和管理中国区域的搅拌摩擦焊接技术的专利许可。
直至今日，研究搅拌摩擦焊接技术与设备的学院、研究所已达到20几家单位，其中包括有清华大学、南昌航空工业学院、哈尔滨理工大学、中科院沈阳金属所等。
历经几十年的发展，该技术在国内已经具备了从工艺、设备、控制、检验等整套完备的专业技术规模，并且在基础理论研究上也形成了一定的独立体系。
我国科技工作者高度重视，除了对搅拌摩擦焊的机理、力学性能、搅拌头等展开深入研究外，还先后开展了对铝合金紫铜、PVC塑料、钛合金、镁合金等材料搅拌摩擦焊工艺的研究。
三、搅拌摩擦焊技术应用现状1.航空应用FSW焊500喷气还例如，由挪威GydroMarineAluminium铝板厂生产的无缺陷FSW铝板，用于船舶的甲板、壳体、船舱壁等部位的焊接；日本住友轻金属公司采用FSW生产的铝质蜂窝结构板件和耐海水板材等等。
3.陆路交通应用在陆路交通上，FSW主要的应用领域为高速或轨道列车，以及地铁车厢、有轨电车，汽车的引擎、底盘、轮毂、车身支架、载货车尾部升降平台、汽车起重器，以及装甲车的防护甲板等等。
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造船 业 、 陆路 交通 工业 中的应 用现状 ， 并展 望 了搅拌 摩擦 焊的研 究前 景 。 关 键词 ： 搅拌 摩擦 焊 ； 复合 焊接 ； 进展 ； 用 应
中 图分 类号 ： Ｇ ４ ３ ９ Ｔ ５． 文献标 志码 ： Ａ
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量 ， 擦 热使 该部位 金属 处于热 塑性状 态， 摩 并在搅 拌 头的压 力作 用下从 其 前 端向后 部 塑性 流 动 ， 而使 待 从 焊件 压 焊为一 个整 体 。本 文简要 地介 绍 了搅 拌摩擦 焊 的原 理及 其优 缺 点 ， 点介 绍 了搅 拌摩 擦 焊在 无 损 重 检 测 、 限元 分析 、 限条件 、 面复合 物 、 劳等方 面的 最新研 究进展 以及搅 拌 摩擦 焊 在航 空航 天领 域 、 有 极 界 疲
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搅 拌摩 擦 焊 的研 究进展 与 应 用
孙 宜 华 ， ， 杜 良
（． 峡大 学 机 械 与 材料 学院 ， 北 宜 昌 ４３ ０ ；． 南理 工 大 学 国家 金 属 材 料近 净 成 形 工程 技 术 中心 ， 东 广 州 ５ ０ ４ ） １三 湖 ４ ０２ ２ 华 广 １６ ０
摘 要 ： 拌摩 擦焊 是利 用一 种特 殊 形 式 的搅拌 头边 旋 转边 前 进 ， 搅 通过 搅 拌 头与 工件 的摩 擦 产 生 热