搅拌摩擦焊工艺参数对焊缝质量的影响
搅拌摩擦焊工艺参数对焊缝质量的影响
摘要：自主设计了多种结构的搅拌针，并针对铝合金材料进行焊接工艺实验，分析了焊头形状、旋转速度、焊接速度等对焊缝质量的影响，为进一步研究开发和铝合金零部件生产应用摩擦搅拌焊接技术提供理论和实践依据。
关键词：搅拌摩擦焊；工艺参数
随着人们对节能、环保、安全提出更高的要求，铝合金等轻质高强材料的应用获得广泛关注。所以铝材成为航空航天和现代交通运输轻量化、高速化的关键材料。轻量化可使飞机和宇航器飞得更高、更快、更远，可使导弹打得更快、更远、更准，可使电动汽车零污染高速行驶，可减少牵引力和节省大量能源，使运输工具既安全又准点[ 1]。
1.试验材料及方法
选用轨道客车中空车体及结构件用厚为3mm的铝合金挤压板材，将板材裁剪多组尺寸为600×110mm的母板。用XD5032A立式升降台铣床作为FSW的设备。
2.试验结果与讨论
对于一定形状的搅拌焊头，影响焊缝成型和接头机械性能的主要因素是旋转速度（n）、焊接速度（v）和焊接压力（p）。
2.1.旋转速度对焊缝质量的影响
搅拌焊头的旋转速度一定时，若焊接速度较慢，焊缝表面平滑光亮，但在焊缝背面可见到由于局部母材熔化而出现的缩孔。随着焊接速度的增加，这种缩孔会消失，继续增加焊接速度，焊缝表面的光洁度变差，沿焊缝的横截面将试样切开会发现隧道型缺陷，若焊接速度过快，隧道型缺陷逐渐增大，甚至会在焊缝表面出现沟槽。
采用本实验的搅拌焊头焊接时，将旋转速度定为1500rpm/min，此时，焊接速度若高于35mm/min，会看到焊缝的一侧产生未焊合或在搅拌焊头的后面出现长长的沟槽；当焊接速度低于23.5mm/min时，则焊缝表面发生凹陷或在焊缝某一侧产生切边现象，同时，在焊缝的背面会出现由于过热而形成的缩孔。当焊接速度在23-40mm/min范围内，焊缝的外观成型较好；拉伸试验结果表明，当焊接速度在35-60mm/min范围内时，焊缝的抗拉强度较高。如果将旋转速度降低为1180rpm/min，焊接速度为23-45mm/min时，焊缝的外观成型及接头的抗拉强度均较高。这是由于焊接速度影响单位长度焊缝上的热输入量，旋转速度一定而焊接速度过慢时，单位长度焊缝上获得的热量过多，使焊接区温度接近母材的熔化温度而出现局部过热甚至熔化现象；反之，当焊接速度过快时，焊接区获得的
热量较少，材料达不到塑性流变状态并且不能充分流动，以致形成隧道型缺陷或在表面出现沟槽。对于一个给定的旋转速度，总有一个适当的焊接速度范围与其相对应，降低旋转速度，焊接速度则相应的降低。只有搅拌焊头的旋转速度与焊接速度合理匹配时，才能得到外观成型好、内部无缺陷的优质焊缝。可以看出，宏观焊接接头对比，以1500rpm的旋转速度与 30mm/min的焊接速度的匹配较好。
2.2.焊接速度对焊缝质量的影响
FSW工艺实验过程中，当采用某一型号的搅拌焊头焊接时，在焊接压力及焊接速度不变的情况下，旋转速度较低，摩擦产热功率小，焊接区金属不能达到热塑性状态，不足以形成热塑性流动层，使得FSW过程类以于金属的铣削加工，从而在焊缝表面出现沟槽，不能形成闭合的焊缝；随着旋转速度的提高，焊接区内摩擦产热量增加，在接近试样表面的搅拌焊针周围，首先形成热塑性流动层，但在焊缝的内部，由于热塑性层的温度相对较低，还无法完成流动、填充、挤压、扩散过程，焊缝表面的沟槽虽然消失，但如果沿焊缝的横截面将其切开，则焊缝内部可能有孔洞甚至出现隧道型缺陷，不能形成良好的固相连接；如果旋转速度继续增加，热塑性层逐渐扩大和流动，使得焊缝中的孔洞逐渐减小；当旋转速度升高到一定值时，孔洞消失，形成致密的焊缝。此外，旋转速度越高，对焊接设备和搅拌焊头的性能要求将更高。转速一定时，焊速的变化对于接头表面成型及接头强度也有很大影响。焊速过小，在接头某一区域停留并摩擦加热的时间相对增加，导致接头受热区域相应变大，且由于接头局部摩擦时间太长形成相对粗大组织的可能性就越大。这些都会影响焊接接头成型、抗变形能力及接头强度。
2.3.轴肩下压量对焊缝质量的影响
FSW接工艺过程中，只有通过施加足够的焊接压力才能在搅拌焊头和焊件之间获得摩擦力进而获得足够的摩擦热能，同时，焊接压力起到限制塑性流体外溢，保证焊缝成型的作用。[2]因此，焊接压力的大小对焊接质量有重要的影响。试验过程中，在保持旋转速度和焊接速度不变的情况下，通过改变搅拌焊头对试样表面的压力，观察焊接压力对FSW焊缝成型的影响，若压力较小，焊缝内部组织疏松或出现孔洞、隧道型缺陷，在焊缝表面出现沟槽，甚至肩部对焊接区起不到封闭作用而使焊缝金属流外溢；增加搅拌焊头对试样表面压力，可提高热输入量，提高焊缝组织的致密度，使焊缝成型得到改善；但压力过大，势必造成摩擦力增大，搅拌焊头向前移动的阻力增大，且易使焊缝凹陷，焊缝表面出现飞边、毛刺。
3.结论
由XD5032A立式升降台铣床作为FSW的设备和自行设计搅拌头。FSW接过程中，搅拌焊针对焊缝金属产生水平剪切力作用和焊针表面与周围材料发生摩擦，是焊接区热量的主要来源，搅拌焊针直径的大小直接影响到焊接工艺的制定与实施，并明显影响着焊接质量。实验得出了焊接速度为 30mm/min和旋转速度为1500rpm 的工艺匹配可以获得较好的焊接质量。
参考文献：
[1] 刘静安，谢水生.铝合金材料的应用与技术开发[M].北京.冶金工业出版社，
2000.
[2] Lanciotti A.Vitali F，Characterisation of friction stir welded joints in
aluminium
alloy 6082-T6 plates.Welding International.2003.17（8）：624～630.
铝合金搅拌摩擦焊焊接缺陷分析
《热加工工艺》２００６年第３５卷第１９期ｗｅｌｄｉｎｇ焊接（５）●焊接技术●铝合金搅拌摩擦焊焊接缺陷分析张忠科，孙丙岩，王希靖，王丽（兰州理工大学甘肃省有色金属新材料省部共建国家重点实验室，甘肃兰州７３００５０）摘要：采用搅拌摩擦焊方法对６ｍｍ厚的２Ａ１２及３Ａ２１铝合金进行焊接。对其焊接速度、旋转速度及压入量等工艺参数选择不当所产生的接头缺陷进行了分析；焊接缺陷的产生与焊接热输入及焊缝塑性金属的软化相关。当热输入不足或者塑性金属的软化程度较差时都会导致焊接缺陷的形成。关键词：搅拌摩擦焊；缺陷；２Ａ１２铝合金；３Ａ２１铝合金中图分类号：ＴＧ４５３文献标识码：Ａ文章编号：１００１－３８１４（２００６）１９－００１３－０２ＡｎａｌｙｓｉｓｏｎＷｅｌｄＤｅｆｅｃｔｏｆＦｒｉｃｔｉｏｎＳｔｉｒＷｅｌｄｉｎｇｏｆＡｌｕｍｉｎｕｍａｌｌｏｙＰｌａｔｅＺＨＡＮＧＺｈｏｎｇ－ｋｅ，ＳＵＮＢｉｎｇ－ｙａｎ，ＷＡＮＧＸｉ－ｊｉｎｇ，ＷＡＮＧｌｉ（ＳｔａｔｅＫｅｙＬａｂ．ｏｆＧａｎｓｕＡｄｖａｎｃｅｄＮｏｎ－ｆｅｒｒｏｕｓＭｅｔａｌＭａｔｅｒｉａｌｓ，ＬａｎｚｈｏｕＵｎｉｖ．ｏｆＴｅｃｈｎ．，Ｌａｎｚｈｏｕ７３００５０，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：２Ａ１２Ａｌａｎｄ３Ａ２１Ａｌａｌｌｏｙｉｎ６ｍｍｔｈｉｃｋｎｅｓｓｗａｓｆｒｉｃｔｉｏｎｓｔｉｒｗｅｌｄｅｄｕｓｉｎｇｔｈｅｐｒｏｃｅｓｓｏｆｗｅｌｄ．Ｔｈｅｒｅａｓｏｎｓｆｏｒｆｏｒｍｉｎｇｄｅｆｅｃｔｓ，ｗｅｌｄｉｎｇｓｐｅｅｄ，ｒｏｔａｔｉｎｇｓｐｅｅｄａｎｄｐｒｅｓｓｕｒｅｏｆｔｈｅｓｈｏｕｌｄｅｒ，ｗｅｒｅａｎａｌｙｚｅｄ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｄｅｆｅｃｔｆｏｒｍａｔｉｏｎｓｉｓｒｅｌａｔｅｄｔｏｔｈｅｈｅａｔｉｎｐｕｔａｎｄｄｅｆｉｃｉｅｎｃｙｍａｔｅｒｉａｌｆｌｏｗｉｎｔｈｅｗｅｌｄｉｎｇｐｒｏｃｅｓｓ．Ｉｎｓｕｆｆｉｃｉｅｎｔｈｅａｔｉｎｐｕｔｏｒｄｅｆｉｃｉｅｎｃｙｍａｔｅｒｉａｌｓｏｆｔｅｎｉｎｇｗｉｌｌｒｅｓｕｌｔｉｎｔｈｅｊｏｉｎｔｄｅｆｅｃｔｉｎｔｈｅｐｒｏｃｅｓｓ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｆｒｉｃｔｉｏｎｓｔｉｒｗｅｌｄｉｎｇ（ＦＳＷ）；ｄｅｆｅｃｔ；２Ａ１２Ａｌａｌｌｏｙ；３Ａ２１Ａｌａｌｌｏｙ随着搅拌摩擦焊（ＦＳＷ）技术的推广，需要对其焊接工艺参数进行调整，以提高接头性能和焊接生产率；但工艺参数的调整会引起一些焊接问题，参数不当时会在接头中出现一些焊接缺陷。本文就影响ＦＳＷ焊缝质量的工艺因素———焊接速度、旋转速度和压入量，当其参数选择不当时会使焊缝产生什么样的缺陷进行了试验和分析。１试验用材料及方法试验采用２Ａ１２及３Ａ２１两种不同铝合金进行对接焊，２Ａ１２为加工硬化状态，３Ａ２１为退火状态。试板尺寸为３００ｍｍ×１００ｍｍ×６ｍｍ，焊前用砂纸除去表面氧化物，然后将其刚性固定在钢垫板上，进行ＦＳＷ焊接。试验用搅拌头参数为：轴肩直径２４ｍｍ；搅拌针直径６ｍｍ，长５．８ｍｍ。焊接时搅拌头倾斜角度为２°。焊后沿焊缝横截面、纵截面方向制取截面金相试样，并用Ｋｅｌｌｅｒ’ｓ试剂对抛光后的试样进行腐蚀５０ｓ，然后在光学显微镜下对接头形貌进行观察分析。２试验结果和分析２．１焊接缺陷与焊速当旋转速度一定时，焊接速度过快及过慢均不能得到成形良好的焊缝。由于ＦＳＷ是一种固相连接方法，所以焊接时被焊材料并没有熔化，而是在摩擦热的作用下发生软化，焊缝处金属达到塑性状态，因而焊缝内金属的塑性状态与热输入的大小相关。ＦＳＷ焊接中焊接热量主要来源于搅拌头与被焊工件之间的摩擦热。当搅拌头转速一定时，由摩擦生成的热量一定，焊缝单位长度上的热输入则随着焊接速度的增加而减少，被焊金属的软化程度也就随着焊接速度的增加而变差。若焊接速度过快就使得焊缝处金属达不到塑性状态，因而金属的流动性差，则在焊缝表面形成如图１所示的空洞。若焊接速度过慢，则会在焊缝横截面焊核区底部形成如图２箭头所指的孔洞缺陷。此孔洞缺陷一般沿着焊缝走向分布，从焊接开始到终止一直存在，最终形成如图３所示的隧道型缺陷。收稿日期：２００６－０７－１７基金项目：国家自然科学基金资助项目（１０５７７０１０）作者简介：张忠科（１９７８－），男，山东济南人，博士生。研究方向：焊接设备及其自动化，新型连接技术；电话：０９３１－２８０６８６５；Ｅ－ｍａｉｌ：ｚｈａｎｇｚｋｅ＠ｌｕｔ．ｃｎ．１３
铜铝异种金属搅拌摩擦焊工艺研究
铜铝异种金属搅拌摩擦焊工艺研究
张强;徐洪雨;莫新东;江传斌;秦若东;王金凤
【摘 要】对2 mm厚的纯铝板和紫铜板的搭接接头的搅拌摩擦焊进行试验研究,分析了工艺参数对焊接质量的影响.结果表明:在试验条件下,焊接速度为60 mm/min、搅拌头旋转速度为700 r/min、下压量为2.80 mm时,焊接接头抗拉强度达到最大值(96 N/mm2),其为铝母材强度的78％,焊接接头成形良好,无明显缺陷.
【期刊名称】《轻合金加工技术》
【年(卷),期】2018(046)012
【总页数】5页(P51-55)
【关键词】搅拌摩擦焊;铜铝异种金属焊接;焊接参数;力学性能
【作 者】张强;徐洪雨;莫新东;江传斌;秦若东;王金凤
【作者单位】湖北汽车工业学院材料科学与工程学院,湖北十堰442002;湖北汽车工业学院材料科学与工程学院,湖北十堰442002;湖北汽车工业学院材料科学与工程学院,湖北十堰442002;湖北汽车工业学院材料科学与工程学院,湖北十堰442002;湖北汽车工业学院材料科学与工程学院,湖北十堰442002;湖北汽车工业学院材料科学与工程学院,湖北十堰442002
【正文语种】中 文
【中图分类】TG453.9
铜由于具有优良的物理化学性能和加工性能，在电气、机械制造、国防等工业领域得到广泛应用[1]。然而铜的储量比较少，在地壳中的含量稀少，所以是许多国家短缺的金属。铝的导电率比铜的低一些，但是铝的储量丰富，再加上铝的价格较低(为铜的1/3左右)[2],在某些产品和部件上用铝部分代替铜，可以有效地节约铜资源、降低生产成本、减轻部件的重量。因此，研究铜铝异种金属连接具有重要的意义。
在异种金属焊接方面，有一些异种金属材料可以采用熔化焊方法，但是当异种金属焊接的焊缝接头容易形成脆性金属间化合物时，就很难获得良好的焊缝，对于这样的异种金属用熔焊方法是不理想的。而钎焊方法则需要准确确定钎料成分和钎焊工艺，并且焊接效果也不太好。压焊是一种较好的焊接异种材料的方法，比熔化焊和钎焊的焊接质量高一些，但是压焊对焊接接头形式一般会有要求，应用范围有限制，如压焊中的摩擦焊一般只能应用于轴类零件。真空扩散焊或爆炸焊常受到设备和接头形式限制，在很多场合并不能使用。这些传统的焊接方法对于实现异种金属焊接都存在一定的缺陷和局限性[3]。
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 因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买
搅拌摩擦点焊技术简介
综述航天期造技术
搅拌摩擦点焊技术简介
赵衍华张丽娜刘景铎杜岩锋王国庆（首都航天机械公司，北京１０００７６）
摘要搅拌摩擦点焊（ＦＳＳＷ）是在搅拌摩擦焊的基础上开发的一种新型固相修补焊接
技术，具有接头质量高、缺陷少、变形小等优点。详细阐述了搅拌摩擦点焊焊接原理和技
术特点，介绍了国内外研究现状及其在汽车等制造业中的应用，指出搅拌摩擦点焊在运载工具铝合金结构件制造过程中具有重要意义，是未来铝合金连接技术的发展方向之一。
关键词搅拌摩擦点焊原理铝合金结构件
ＩｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎｏｆＦｒｉｃｔｉｏｎＳｔｉｒＳｐｏｔＷｅｌｄｉｎｇＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ
ＺｈａｏＹａｎｈｕａＺｈａｎｇＬｉｎａＬｉｕＪｉｎｇｄｕｏＤｕＹａｎｆｅｎｇＷａｎｇＧｕｏｑｉｎｇ
（ＣａｐｉｔａｌＡｅｒｏｓｐａｃｅＭａｃｈｉｎｅｒｙＣｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１０００７６）
ＡｂｓｔｒａｃｔＦｒｉｃｔｉｏｎｓｔｉｒｓｐｏｔｗｅｌｄｉｎｇ（ＦＳＳＷ）ｉｓａｎｅｗｓｏｌｉｄｓｔａｔｅｊｏｉｎｉｎｇｍｅｔｈｏｄ，ｗｈｉｃｈｉｓａｖａｒｉａｎｔｏｆｆｒｉｃｔｉｏｎｓｔｉｒ
ｗｅｌｄｉｎｇ．ＴｈｅｑｕａｌｉｔｙｏｆｔｈｅＦＳＳＷｗｅｌｄｉｎｇｊｏｉｎｔｓｉｓｐｅｒｆｅｃｔ，ｄｕｅｔｏｉｔｓｈｉｇｈｍｅｃｈａｎｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｙ，ａｌｉｔｔｌｅｄｅｆｅｃｔｓａｎｄ
ｓｍａｌｌｄｉｓｔｏｒｔｉｏｎ．ＴｈｅｐｒｉｎｃｉｐｌｅａｎｄｔｅｃｈｎｉｃａｌｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆＦＳＳＷａｒｅｐａｒｔｉｃｕｌａｒｌｙｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ．Ｔｈｅｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎｓ觚ｓａｎｄａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆＦＳＳＷａｒｏｕｎｄｔｈｅｗｏｄｄｈａｖｅｂｅｅｎｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄｔＯＯ．ＦＳＳＷｉｓａｐｒｏｍｉｓｉｎｇｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｆｏｒ
ａｌｕｍｉｎｉｕｍａｌｌｏｙｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ，ａｎｄｓｔｕｄｙｉｎｇｔｈｅｎｅｗｗｅｌｄｉｎｇｍｅｔｈｏｄｗｉｌｌｂｅｂｅｎｅｆｉｃｅｎｔｔｏｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇｏｆｄｅｌｉｖｅｒｙ
2195铝锂合金搅拌摩擦焊工艺
2195铝锂合金搅拌摩擦焊工艺
宋建岭;王雷;赵英杰;李洋;高泽峰
【摘 要】试验研究了8 mm厚2195-T8铝锂合金板材搅拌摩擦焊工艺, 分析了不同搅拌针结构设计对焊缝内部质量的影响, 研究了工艺参数对接头表面成形的影响,
测试了接头的力学性能.结果表明, 使用圆锥螺纹+三个斜面结构的搅拌针焊接, 接头内部质量更好;在室温和低温 (-196℃) 条件下, 接头抗拉强度和断后伸长率都呈现出随焊接速度的增加先增加后减少的趋势, 当焊接速度为100 mm/min时, 室温和低温 (-196℃) 下接头抗拉强度、断后伸长率都达到最高值, 接头抗拉强度分别为428 MPa, 538 MPa, 断后伸长率分别为4. 9％, 7. 4％;接头断裂位置位于热影响区,
断口呈45°剪切断裂, 断裂部位有明显颈缩.%2195 Al-Li alloy plates with 8 mm
in thickness were welded by friction stir welding, the influence of the stir
pin shape on the welding quality of the joint was analyzed, the effects of
welding parameters on the surface appearance of the joint were analyzed
and the mechanical properties of the joint were tested. The results show
that well performance of the joint could be obtained when the stirring
head was the shape of the taper screw thread with three cants. At the
摩擦焊相关知识点总结
摩擦焊相关知识点总结
一、摩擦焊的原理
摩擦焊的原理是利用摩擦热效应和机械压力使焊件表面发生塑性变形，从而实现焊接。摩擦焊的工作原理可以概括为以下几个步骤：
1. 接触阶段：两个焊件通过机械压力贴合在一起，形成接触面。同时，旋转摩擦焊工具，使摩擦热由焊接接触面产生，达到加热的效果。
2. 加热阶段：摩擦焊工具将焊接接触面加热至塑性变形温度，使接触面材料软化并产生塑性变形。
3. 搅拌阶段：通过机械压力和旋转摩擦焊工具使焊接接触面产生搅拌效应，使焊件之间的金属颗粒混合在一起，实现焊接。
4. 冷却阶段：停止摩擦热效应，等待焊接接触面冷却固化，形成坚固的焊接接头。
摩擦焊的原理可以表述为摩擦热效应、塑性变形和搅拌效应的综合作用。通过控制摩擦焊的工艺参数，可以达到理想的焊接效果和焊缝质量。
二、摩擦焊的工艺参数
摩擦焊的工艺参数是影响焊接质量和性能的重要因素，包括摩擦焊工具的转速、轴向压力、径向力、加热时间和冷却时间等。下面分别对这些工艺参数进行详细介绍：
1. 转速：摩擦焊工具的转速是影响摩擦热效应的重要参数。较高的转速可以产生更多的摩擦热，加热焊接接触面更快，但也可能导致过高的焊接温度和金属流动速度，导致焊接质量下降。因此，在实际操作中需要根据焊接材料的性质和厚度选择合适的转速。
2. 轴向压力：轴向压力是通过摩擦焊工具施加在焊接接触面上的压力，是实现摩擦焊的关键参数。适当的轴向压力可以保证焊接接触面的紧密贴合，增加金属材料的接触面积，有利于摩擦热的传递和焊接质量的提高。
3. 径向力：对于摩擦搅拌焊接，径向力是对工件施加垂直于焊缝方向的压力。通过施加适当的径向力可以保证焊接接触面的搅拌效果，防止焊接接触面出现空隙和气孔，提高焊接质量。
4. 加热时间：加热时间是摩擦焊加热阶段的持续时间，通过控制加热时间可以控制焊接接触面的温度和软化程度，影响焊接质量和强度。
5. 冷却时间：冷却时间是摩擦焊冷却阶段的持续时间，通过控制冷却时间可以保证焊接接触面充分冷却和固化，形成坚固的焊接接头。 摩擦焊的工艺参数是相互影响的，需要在实际操作中进行综合考虑和调整。通过合理的工艺参数选择和控制，可以实现理想的焊接效果和焊缝质量。
搅拌摩擦焊接5083铝合金焊缝缺陷分析
第４卷第４期
２ ０ １ ０年１ ２月 材料研究与应用 ＭＡＴＥＲＩＡＬＳ ＲＥＳＥＡＲＣＨ ＡＮＤ ＡＰＰＬＩＣＡＴＩＯＮ Ｖｏ１．４，ＮＯ．４ Ｄｅｃ．２ ０ １ Ｏ
文章编号：１６７３—９９８１（２０１０）０４—０５６８—０４
搅拌摩擦焊接５０８３铝合金焊缝缺陷分析＊
李仲华，袁鸽成，朱振华，路浩东，曾国勋
（广东工业大学材料与能源学院，广东广州 ５１００９０）
摘要：在搅拌转速为２５Ｏ～１４００ ｒ／ｒａｉｎ范围内，采用搅拌摩擦焊焊接了５０８３铝合金壁板，当转速低于 ７００ ｒ／ｍｉｎ和高于１０００ ｒ／ｒａｉｎ时，焊缝均产生不同类型的缺陷．通过肉眼、光学显微镜（ＯＭ）、扫描电子 显微镜（ＳＥＭ）及拉伸试验机研究了带缺陷焊缝的摩擦面和横截面形貌、力学性能及断口形貌，从热量输 入和材料流动两方面分析了缺陷的成因．结果表明，转速低于７００ ｒ／ｍｉｎ时，焊缝易产生吻接缺陷，其拉 伸断口呈现沿“吻接线”的分层断裂形貌；高于１０００ ｒ／ｒａｉｎ时，焊缝易形成飞边及隧道缺陷，其拉伸断口 呈现包含孔洞缺陷的断裂形貌；带缺陷焊缝的力学性能明显降低．热量不足或过高是形成焊缝缺陷的本 质原因．
关键词：５０８３铝合金；搅拌摩擦焊；焊缝；缺陷 中图分类号：ＴＧ ４４１．７ 文献标识码：Ａ
搅拌摩擦焊（ＦＳＷ）是１９９１年由英国焊接研究
所（ＴＷＩ）发明的一种先进的固相焊接技术．其焊接
过程是利用一个柱形带特殊轴肩和针凸的搅拌头旋
转着插入被焊工件，搅拌头和被焊材料之间的摩擦
产生了摩擦热，使材料热塑化，当搅拌工具沿着待焊
界面向前移动时，热塑化的材料由搅拌头的前部向
后部转移，并且在搅拌工具的机械锻造作用下，实现
工件间的固相连接．
搅拌头尺寸及形状和焊接参数（焊速、转速、倾
角及下压量）是ＦＳＷ工艺的主要控制因素．搅拌头
设计不合理或焊接参数不恰当都会导致焊缝缺陷的
产生．其中，转速和焊速是ＦＳＷ过程中最重要的两
焊接方式对铝合金搅拌摩擦焊T型接头性能的影响
焊接方式对铝合金搅拌摩擦焊Ｔ型
接头性能的影响
范开春 郭辉荣 李宝华 唐众民
（１ 中国航天三江集团设计所武汉４３００４０） （２ 中国航天三江集团红阳公司，孝感４３２１００）
文 摘 采用４种规格的搅拌头进行了２Ａ７０－Ｔ６铝合金Ｔ型接头搅拌摩擦焊试验，并对焊缝横截面进行
了观察以及焊缝抗拉强度的测试。结果表明：焊缝中前进侧熔合过渡区的金属变形比返回侧剧烈，焊缝断裂往
往发生在前进侧；在相同的焊接参数下，单道焊缝的焊核宽度与抗拉强度随着搅拌针直径的增大而增大，但增
大的幅度较小，并列焊的焊缝抗拉强度仅为单道焊缝的９３％左右；为了获取相同宽度的焊核，采用加粗搅拌针
单道焊比并列焊更具有优势。
关键词搅拌摩擦焊，Ｔ型接头，单道焊，焊核
Ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｆ Ｗｅｌｄｉｎｇ Ｗａｙｓ ｏｎ Ｐｒｏｐｅｒｉｔｙ ｏｆ Ａｌｕｍｉｎｕｍ Ａｌｌｏｙ Ｔ—Ｊｏｉｎｔ
Ｄｕｒｉｎｇ Ｆｒｉｃｔｉｏｎ Ｓｔｉｒ Ｗｅｌｄｉｎｇ
Ｆａｎ Ｋａｉｃｈｕｎ Ｇｕｏ Ｈｕｉｒｏｎｇ Ｌｉ Ｂａｏｈｕａ Ｔａｎｇ Ｚｈｏｎｇｍｉｎ
（１ Ｃｈｉｎａ Ａｅｒｏｓｐａｃｅ ＳａｎＪｉａｎｇ Ｇｒｏｕｐ Ｄｅｓｉｇｎ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ，Ｗｕｈａｎ ４３００４０） （２ Ｃｈｉｎａ Ａｅｒｏｓｐａｃｅ ＳａｎＪｉａｎｇ Ｇｒｏｕｐ Ｈｏｎｇｙａｎｇ Ｍａｃｈｉｎｅｒｙ Ｐｌａｎｔ，Ｘｉａｏｇａｎ ４３２１００）
Ａｂｓｔｒａｃｔ Ｆｒｉｃｔｉｏｎ ｓｔｉｒ ｗｅｌｄｉｎｇ ｆｏｒ Ｔ－ｊｏｉｎｔ ｏｆ ２Ａ７０——Ｔ６ ａｌｕｍｉｎｕｍ ａｌｌｏｙ ｉｓ ｃａｒｒｉｅｄ ｏｕｔ ｂｙ ｕｓｉｎｇ ｆｏｕｒ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｋｉｎｄ
ｏｆ ｗｅｌｄｉｎｇ ｔｏｏｌｓ，ｔｈｅ ｗｅｌｄ ｃｒｏｓｓ ｓｅｃｔｉｏｎ ｉｓ ｏｂｓｅｒｖｅｄ ａｎｄ ｔｈｅ ｔｅｎｓｉｌｅ ｓｔｒｅｎｇｔｈ ｏｆ ｗｅｌｄ ｉｓ ｔｅｓｔｅｄ．Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｔｈｅ
4mm焊深6061铝合金搅拌摩擦焊工艺参数
4mm焊深6061铝合金搅拌摩擦焊工艺参数
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4mm焊深6061铝合金搅拌摩擦焊工艺参数
搅拌摩擦焊
铝合金搅拌摩擦焊
前言
铝合金材料由于重量轻、抗腐蚀易成形等优点受到众多工业制造的青睐，随着这种材料的性能的不断提高，如新型牌号的硬铝、超硬铝等材料的出现，在航空、航天、高速列车、高速舰船等工业制造领域得到了越来越广泛的应用。但是，铝合金材料表面的致密的氧化层以及弧焊过程中较大变形等又限制了这种材料的进一步推广应运。
一、原理
搅拌摩擦焊这种连接技术与传统概念中的摩擦焊方法相似，焊接过程没有被焊材料的熔化，形成的是固相接头。对于铝合金材料要获得高效率、高质量的连续对接和搭接接头的焊接，目前在世界范围内公认搅拌摩擦焊是最具潜力和应用前景的新型连接方法。 搅拌摩擦焊（简称FSW）是利用一种非耗损的特殊形状的搅拌头，旋转着插入被焊零件，然后沿着被焊零件的待焊界面向前移动，通过搅拌头对材料的搅拌、摩擦，使待焊材料加热至热塑性状态，在搅拌头高速旋转的带动下，处于塑性状态的材料环绕搅拌头由前向后转移，同时结合搅拌头对焊缝金属的挤压作用，在热-机联合作用下材料扩散连接形成致密的金属间固相连接。 搅拌摩擦焊的原理如图1.所示，其中搅拌头由特殊形状的搅拌指棒和轴肩组成，轴肩的直径大于特形搅拌指棒的直径，在焊接过程中轴肩与被焊材料的表面紧密接触，防止塑化金属材料的挤出和氧化，同时搅拌轴肩还可以提供部分焊接所需要的搅拌摩擦热，搅拌指棒的形状比较特殊，焊接过程中搅拌指棒要旋转着插入被焊材料的结合界面处，并且沿着待焊界面向前移动，对于对接焊缝，搅拌指棒的插入深度一般要略小于被焊材料的厚度。
图 1. 搅拌摩擦焊原理示意图 搅拌摩擦焊要求的特殊形状的搅拌指棒一般要用具有良好耐高温力学和物理特性的抗磨损材料制造，对于铝合金等轻型合金材料，在焊接过程中搅拌头的磨损程度很小；焊接过程中，搅拌头对焊接区域的材料具有向下挤压和侧向挤压的倾向，所以被焊工件要夹装背垫和夹紧固定，以便承受搅拌头施加的轴向力纵向力（沿着焊接方向）以及侧向力。经过研究，在对接接头中，由于焊接方法的优越性，搅拌摩擦焊对焊接接头形状、清洁度以及接头装配间隙均有较大的工艺裕度；如搅拌摩擦焊对接焊时在接头间隙为厚度10%的条件下，可以得到优良的焊接焊头。