搅拌摩擦焊培训
搅拌摩擦焊
搅拌摩擦焊搅拌摩擦焊（Friction Stir Welding ，简称FSW ）是由英国焊接研究所于1991年提出的一种固态连[1]接方法。
与传统的熔化焊接方法相比较，搅拌摩擦焊具有晶粒细小、力学性能良好、焊接时不需使用保护气体、焊接后残余应力和变形小等优[2]点。
搅拌摩擦焊自提出以来，引起了各国学者和研究机构的广泛重视，成为了国内外的研究热点。
经过十几年的发展，搅拌摩擦焊这种新型固相焊接方法已经从技术研究层面迈向高层次的工程化和工业化应用阶段，成为铝及铝合金首选的连接工艺。
目前，搅拌摩擦焊在航空航天工业、造船业、汽车业等工业领域有了广泛的应用。
近年来，国内轨道车辆制造技术快速改进，搅拌摩擦焊技术开始用于铝合金车体制造。
搅拌摩擦焊铝合金车体的成功试制，标志着搅拌摩擦焊技术在国内轨道车辆工程化应用的开始。
1、搅拌摩擦焊工艺及接头组织性能特点1.1 搅拌摩擦焊焊接工艺过程[3]搅拌摩擦焊的焊接工艺如图1-1所示。
置于垫板上的对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1-接缝；2-搅拌头前沿；3-前进侧；4-母材；5-搅拌针；6-搅拌头后沿；7-焊缝；8-搅拌头旋转方向；9-后退侧图1-1 搅拌摩擦焊焊接工艺过程件表面为止。
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轴向压力 前进方向12 34 56789超塑性状态。
结果，焊针摩擦接缝，破碎氧化膜，搅拌焊头后方的磨碎材料。
搅拌摩擦焊原理
搅拌摩擦焊原理
搅拌摩擦焊是一种固态焊接方法，通过机械震动和摩擦热来实现焊接。
其原理基于热塑性材料的可塑性和可变形性，通过摩擦热加热两个焊接件的接触面，使金属软化并形成可塑性，然后施加压力，使两个焊接件发生塑性变形混合，最终形成均匀的焊缝。
搅拌摩擦焊主要包括以下几个步骤：
1. 两个待焊接的金属件通过紧密贴合。
2. 在接触面之间施加一定的压力。
3. 使用专用搅拌头，通过高速旋转在接触面上施加摩擦力，引发摩擦热。
4. 随着摩擦热的积累，金属开始加热并软化。
5. 一旦达到足够的软化温度，停止搅拌并继续施加压力，使两个金属件发生塑性变形。
6. 继续施加压力，使金属在接触面上混合，形成焊缝。
7. 冷却后，焊缝区域重新硬化，完成搅拌摩擦焊。
搅拌摩擦焊具有许多优点，包括焊接速度快、焊接接头强度高、焊接过程无火花、无气体和溶剂的排放等。
它可以应用于各种金属材料的焊接，特别适用于铝合金、镁合金等难焊性材料。
搅拌摩擦焊广泛应用于汽车制造、航空航天、船舶制造等领域。
搅拌摩擦焊工艺参数
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。
搅拌摩擦焊技术
搅拌摩擦焊技术
1. 搅拌摩擦焊是熔接金属材料的无焊接方法,它对厚度较厚的工件,尤其是对零件中
厚度变化较大的坡口连接,效果更佳,也比剪切连接更可靠。
搅拌摩擦焊技术通过将原料金
属摩擦加热而使之融合。
搅拌摩擦焊结合了摩擦焊的融合金属诱导和搅拌的大量焊接固
溶效果的优点，神始看到应用更加广泛，已经成功应用于航空航天、汽车、船舶等领域。
2. 搅拌摩擦焊技术可分为三大部分：物料准备与预处理、搅拌摩擦焊系统与参数控
制和处理后台检验等。
其中物料准备与预处理包括材料选择、清理、切割、锻造等；搅拌
摩擦焊系统与参数控制部分要根据不同材料来确定一系列熔接参数，控制摩擦焊系统；处
理后台检验部分需要进行超声波探伤、熔合区显微组织分析以及力学性能检测。
3. 搅拌摩擦焊技术有很多优点，其中最重要的是可以节省焊材，并且可以达到同种
金属材料熔接更佳的效果。
此外，搅拌摩擦焊技术还可以减少工件对焊接产生的受损，也
可以大大节约工序耗费的时间。
4. 搅拌摩擦焊技术在焊接应用中也有一些问题需要重视，其中最大的问题就是冷锤
在熔接区附近残留的块状熔接金属，这些块状熔接金属的残留会影响熔接的强度和密封性，从而增加故障率。
另外，在搅拌摩擦焊中摩擦力的控制也非常重要，过大的摩擦力会使焊
接的温度偏高，容易造成焊接变形或脆性断开。
5. 搅拌摩擦焊技术是一种新型的熔接技术，在实际应用中要根据不同材料来制定适
当的焊接工艺参数，控制摩擦力等要素，从而获得高质量的焊接。
搅拌摩擦焊工艺及其应用
搅拌摩擦焊工艺及其应用1 搅拌摩擦焊的定义与原理搅拌摩擦焊是一种非常新颖的金属连接技术，其原理是将金属材料在高速旋转的条件下不断挤压与摩擦热而使金属材料发生塑性变形进而在次冷却时形成均匀的焊缝。
搅拌摩擦焊是一种采用振荡摩擦进行的钎焊技术。
摩擦过程中，金属材料被强制变形，形成皱纹和复杂的微细组织结构，这就是焊接区域。
这一过程不需要额外的附加材料，因此也被称为固态钎焊。
搅拌摩擦焊的原理是通过搅拌和摩擦的相互作用，为金属轴套表面提供局部加热来处理金属本身。
在摩擦过程中，摩擦产生的热量会使金属材料温度升高，而旋转工具逐渐伸进焊缝，在相对运动的作用下，产生了强烈的塑性变形以及显著的变形应变。
在形成初期焊缝时，相对运动引起的压力会把材料从环形清隙中抽出，形成时生成混味均匀的焊接界面。
这些过程中摩擦加热导致局部熔化，接长和冷却会使金属变形，并形成一个均匀的、与母材相似的焊缝。
2 搅拌摩擦焊的工艺流程及其特点2.1 搅拌摩擦焊的工艺流程（1）工件准备：首先需要准备待焊接的工件。
工件通常是板材、管材、棒材等形状，可以是相同材质，也可以是不同材质。
（2）夹紧工件：将工件夹紧在专用的工件夹具中，以保证工件在搅拌摩擦焊过程中不会移动或震动。
（3）起始摩擦：在工件接头处的摩擦面上施加旋转摩擦力，使工件表面熔融并形成可焊接的状态。
（4）搅拌摩擦：在不断施加旋转摩擦力的情况下，摩擦头沿着工件的接合面移动，搅拌工件的金属组织，从而形成焊接。
（5）升温保压：在搅拌摩擦焊完成后，保持摩擦头的位置不动，使焊缝部位升温到一定程度，再施加一定的保压力，使焊缝固化。
（6）退火处理：对焊接完成后的工件进行退火处理，可以进一步提高焊接质量和性能。
2.2 搅拌摩擦焊的特点（1）搅拌摩擦焊是一种无焊接接头凸出、无端部凸出的焊接方法，焊缝起伏很小，对焊接部件外观和尺寸精度要求较高的场合比较适用。
（2）搅拌摩擦焊过程中没有明显的电弧和喷溅现象，不需要额外的保护气体，易于操作。
搅拌摩擦焊ppt
四、 轴肩 Tool Shoulder 在搅拌摩擦焊过程中，搅拌头接触母材表面的部分。
轴肩的作用：
✓ 在焊接过程中一方面对塑性区金属起着包拢作用， ✓ 与工件表面摩擦产生的热量，尤其在焊接薄板时是最主要的焊接热量来源。
对于铝合金搅拌摩擦焊接，轴肩的制造材料可以采用中碳钢、工具 钢或高温合金等金属材料。
九、 焊接开始时的停留时间 dwell time at start of weld
从搅拌头接触工件表面开始，至搅拌头开始沿焊缝移动为止的时 间段。
十、 焊接结束时的停留时间 dwell time at end of weld
从搅拌头停止沿焊缝移动开始，至搅拌头离开工件之前的时间 段。
搅拌摩擦焊过程时间点示意图
十六、 未焊透 incomplete penetration
达不到要求或规定的焊透。
注：即使是未融合，也通常会有部分未焊透发生一定的塑性变形。
十七、 吊钩 hook
在搭接焊缝的前进侧或回转侧附近形成的弯曲搭接界面。 十八、 横向偏离 lateral offset
焊接时，搅拌头偏离对接接头对接面。
焊接前 焊接后
沿旋转轴向搅拌头施加的使搅拌针插入工件和保持搅拌头轴肩与工 件表面接触的压力。 八、 匙孔
搅拌摩擦焊过程完成后，搅拌头离开工件时，在焊缝中留下的孔。
匙孔
搅拌摩擦焊过程示意图
1、母材 2、搅拌头 3、轴肩 4、搅拌针 5、焊缝表面 6、回转侧 7、前进侧 8、匙孔
a、搅拌头旋转方向 b、搅拌头向下移动 c、轴向压力 d、焊接方向 e、搅拌头向上移动
三、 搅拌针 l Pin 在搅拌摩擦焊过程中插入待焊区域的搅拌头突出部分。
搅拌摩擦焊
目录1绪论 (2)2搅拌头的设计 (4)2.1搅拌头材料的选择 (4)2.2搅拌头结构尺寸设计 (5)2.2.1轴肩 (5)2.2.1搅拌针 (6)3搅拌头的具体设计 (7)3.1搅拌头的材料选择 (7)3.2轴肩及搅拌针的具体设计尺寸 (7)3.3轴肩及搅拌针的几何形状设计 (8)3.3.1设计原理 (8)3.3.2形状设计 (9)参考文献 (10)1绪论搅拌摩擦焊( Friction Stir Welding，简称 FSW) 是由英国焊接研究所(The Welding Institute，简称 TWI)于1991年研究发明的一种先进的固相连接技术，被认为是自激光焊接问世以来最引人注目和最具潜力的连接技术[1]。
其焊接工作原理如图1-1 所示，高速旋转的搅拌头扎入工件后沿焊接方向运动，在搅拌头与工件接触部位产生摩擦热，使其周围金属形成塑性软化层，软化金属在搅拌头的旋转作用下填充后方空腔并在轴肩与搅拌针的搅拌及挤压作用下实现材料连接。
图1.1 搅拌摩擦焊工作原理FSW与弧焊、激光焊、电子束焊、钎焊和扩散连接等传统焊接方法相比，FSW具有高效低耗、焊接温度低、接头残余应力小、焊接工件变形小、环境友好等特点，特别在大规格薄板焊接中是其他焊接方法远不可相比的。
经过20多年的发展，搅拌摩擦焊已经从技术研究迈向高层次的工程化和工业化应用阶段。
被焊材料也已从铝合金逐渐扩展到镁合金、铅合金、铜合金、钢、钛合金以及复合材料等。
目前，搅拌摩擦焊设备的制造和产品的加工在国内外已经成为一类高技术新兴产业。
搅拌摩擦焊不仅具备普通摩擦焊技术的优点，由于搅拌头的灵活性还可以适应不同接头形式和位置的焊接。
由于焊接过程中的热量仅仅能使被焊金属达到塑性状态，故焊接过程焊件的变形量小，焊接无需添料，焊接过程绿色环保、耗材少。
应用方面，因为搅拌摩擦焊焊接过程操作简便，焊接缺陷少接头性能好，自动化程度高且生产周期短，现已被广泛用于造船业、车辆制造、飞机制造、航天制造等工业领域。
一文读懂搅拌摩擦焊
1搅拌摩擦焊概览搅拌摩擦焊（Friction Stir Welding，FSW）作为一种固相连接技术，在1991年由英国焊接研究所（The Welding Institute, TWI）发明。
与传统熔化焊相比，FSW无需添加焊丝、不需要保护气体，焊接过程无污染、无烟尘、无辐射，焊接接头残余应力低，因此具有焊接效率高、焊接变形小、能耗低、设备简单、焊接过程安全等一系列优点。
经过20多年的发展，FSW已经在航空航天、轨道交通、舰船等领域得到了广泛应用。
搅拌摩擦焊的原理如图1所示。
高速旋转的搅拌头扎入被焊工件内，旋转的搅拌针与被焊材料发生摩擦并使其发生塑化，轴肩与工件表面摩擦生热并用于防止塑性状态的材料溢出。
在焊接过程中，工件要刚性固定在背部垫板上，搅拌头边高速旋转边沿工件的接缝与工件相对移动，在搅拌头锻压力的作用下形成焊缝，最终实现被焊工件的冶金结合。
图1 搅拌摩擦焊接原理搅拌摩擦焊广泛适用于各类材料，目前已成功实现了铝、镁等低熔点金属及合金、铜合金、钛合金、钢铁材料、金属基复合材料以及异种金属（铝/铜、铝/镁、铝/钢等）的焊接。
在传统技术的基础上，搅拌摩擦焊有了五大创新发展：双轴肩搅拌摩擦焊、静轴肩搅拌摩擦焊、搅拌摩擦点焊、复合能场搅拌摩擦焊、搅拌摩擦增材制造。
双轴肩搅拌摩擦焊（Bobbin Tool Friction Stir Welding，BT-FSW）与传统FSW相比，其搅拌头为上、下轴肩结构，两个轴肩通过搅拌针连接，下轴肩取代了传统FSW的背部刚性支撑垫板，对工件进行自支撑，实现中空部件的焊接。
其焊接原理如图2所示。
上、下双轴肩的结构在焊接过程中降低了接头厚度方向的温度梯度，减小了接头组织不均匀性，可实现根部全焊透的焊接。
图2 双轴肩搅拌摩擦焊接原理1.上轴肩2.前进侧3.熔合线4.后退侧5.工件6.搅拌针7.下轴肩静轴肩搅拌摩擦焊（Stational Shoulder Friction Stir Welding,SS-FSW）采用轴肩与搅拌针分体式设计，在焊接过程中内部搅拌针处于旋转状态，而外部轴肩不转动，仅沿焊接方向行进。
摩擦焊
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。
二 、焊接工艺参数
1．连续驱动摩擦焊的工艺参数
连续驱动摩擦焊的工艺参数主要包括主轴转 速、摩擦压力、摩擦时间、顶锻压力、顶锻 时间、变形量等。
1）转速与摩擦压力 2）摩擦时间 3）摩擦变形量 4）停车时间 5）顶锻压力、顶锻变形量和顶锻速度
4.3.1 搅拌摩擦焊的焊接过程及特点 （了解）
一、搅拌摩擦焊焊接过程 二、搅拌摩擦焊的焊接接头 三、搅拌摩擦焊的特点
一、搅拌摩擦焊焊接过程
4.3.2 搅拌摩擦焊工艺（掌握）
一、搅拌摩擦焊接头形式 二、搅拌摩擦焊的热输入与焊接参数 三、搅拌摩擦焊接参数的选择
一、搅拌摩擦焊接头形式
2．惯性摩擦焊的工艺参数
惯性摩擦焊在参数选取上与连续驱动摩擦焊 有所不同，主要的参数有飞轮转动惯量、飞 轮起始转速和轴向压力。
1）飞轮转动惯量 2）飞轮初速度 3）轴向压力
4.2.3 典型材料的摩擦焊接工艺 （重点掌握） 一、材料的摩擦焊接性
材料的摩擦焊接性，是指材料在摩擦焊接过程 中焊缝形成和获得满足使用要求接头的能力。
1）两被焊件中，最好旋转件是圆形的且便 于绕轴线做高速旋转。
2）焊件应具有较大的刚度，夹紧方便、牢 固，要尽量避免采用薄管和薄板接头。
3）同种材料的两个焊件断面尺寸应尽量相 同，以保证焊接温度分布均匀和变形层厚度 相同。
4）对锻压温度或热导率相差较大的异种材料焊 接时，为了使两个零件的顶锻相对平衡，应调 整界面的相对尺寸；为了防止高温下强度低的 焊件端面金属产生过多的变形流失，需要采用 模子封闭接头金属。
二、搅拌摩擦焊的热输入与焊接参数
搅拌摩擦焊原理及其产热特点
搅拌摩擦焊原理及其产热特点搅拌摩擦焊，这可是个挺有趣的焊接技术呢。
咱们先得知道它是怎么一回事儿。
这就好比是在做面条的时候，有一根特制的擀面杖，在面团里不停地搅和。
搅拌摩擦焊呢，就是有个特殊的搅拌头，在两块要焊接的材料之间转动、摩擦。
这个搅拌头啊，就像是一个勤劳的小蜜蜂，在材料之间钻来钻去。
它一边旋转，一边沿着焊接的缝儿往前走。
这两块材料呢，就像两个小伙伴，本来是分开的，现在被这个小蜜蜂一样的搅拌头给弄在一起啦。
那搅拌摩擦焊的产热特点可就更有意思了。
你想啊，当这个搅拌头在材料里面转的时候，就像咱们冬天搓手取暖一样。
咱们的手相互摩擦就会发热，搅拌头和材料之间的摩擦也是这个道理。
只不过，这个热可不像咱们搓手那么简单。
它产生的热量是很集中的，就像聚光灯打在舞台上的一个小角落一样。
这种产热方式啊，和传统的焊接可不一样。
传统焊接有时候就像在野外生火，火到处乱窜，热量也散得到处都是。
搅拌摩擦焊的热就规规矩矩地在搅拌头和材料接触的地方产生。
这就好比是在一个小房间里开了个小暖炉，暖炉的热就集中在这个小房间里，不会到处乱跑。
再说说这个热量的大小吧。
它就像是厨师做菜的时候掌握火候一样。
搅拌摩擦焊产生的热量是刚刚好能让材料软下来，能够融合在一起。
不会像有些焊接方法，热太多了，把材料都烧坏了，就像烤焦的面包，黑乎乎的，没法吃了。
也不会像热不够的时候，材料就像两个不熟的朋友，只是表面碰了碰，里面还是各干各的，根本没融合好。
从这个产热的速度来看呢，搅拌摩擦焊就像是短跑运动员起跑一样，很快就能达到需要的热量。
这就保证了焊接的效率。
而且啊，这个热量在整个焊接过程中是比较稳定的。
不像有些焊接，一会儿热一会儿冷，就像那调皮的小孩，一会儿安静一会儿吵闹，这样焊接出来的东西质量肯定不好。
搅拌摩擦焊的这种产热特点，在实际应用中可太有用了。
比如说在汽车制造上，汽车的很多部件都需要焊接。
如果用传统焊接，可能就会有很多问题，像是焊接处不牢固啦，外观不好看啦。