搅拌摩擦焊工作原理
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。
搅拌摩擦焊的特点及应用
搅拌摩擦焊的特点及应用搅拌摩擦焊是一种利用摩擦加工热和塑性变形原理实现的焊接方法。
它的特点在于焊接过程中不使用传统的焊接热源，而是通过直接对工件施加摩擦力来产生焊接热量。
下面将分别从特点和应用两个方面对搅拌摩擦焊进行详细介绍。
搅拌摩擦焊的特点如下：1. 无熔化和溶合：搅拌摩擦焊不需要熔化焊接材料，而是通过摩擦热和塑性变形来实现焊接。
因此，焊接过程中没有熔化和溶合现象，可以避免焊接材料的氧化、烧损和变质。
同时，焊接接头的化学成分保持不变，焊接区域不会出现气孔和夹杂物。
2. 低热输入和变形小：搅拌摩擦焊的焊接热输入相对较低，对于焊接材料的热影响区域较小。
因此，焊接过程中产生的热应力和残余应力较小，可以有效控制焊接接头的变形。
此外，由于焊接过程中材料处于固态状态，不会出现晶粒长大和固溶体析出的问题。
3. 高焊接质量和可靠性：由于搅拌摩擦焊焊接过程中不会出现气孔、夹杂物和缺陷等问题，因此焊接接头的质量较高。
同时，由于焊接接头的机械性能与基材的一致性较好，焊缝区域的强度通常高于基材的强度。
对于特殊材料，如铝合金、镁合金等，搅拌摩擦焊能够实现高强度焊接，提高焊接接头的可靠性。
4. 适应范围广：搅拌摩擦焊适用于多种材料的焊接，包括金属和非金属材料。
金属材料如铝合金、镁合金、钢材等可以通过搅拌摩擦焊实现焊接。
非金属材料如塑料、复合材料、陶瓷等也可以进行搅拌摩擦焊。
这种特性使得搅拌摩擦焊在航空航天、汽车制造、轨道交通等领域具有广阔的应用前景。
搅拌摩擦焊的应用主要包括以下几个方面：1. 铝合金焊接：铝合金是航空航天和汽车等行业常用的材料，传统焊接方法在焊接铝合金时存在困难。
而搅拌摩擦焊能够实现高强度、无缺陷的铝合金焊接，因此被广泛应用于铝合金结构件的制造。
2. 钢材焊接：搅拌摩擦焊也可以用于焊接钢材。
虽然钢材的焊接温度较高，但由于搅拌摩擦焊的热输入较低，因此不会产生较大的热影响区域和热应力。
同时，焊接接头的力学性能较好，适用于特殊场合对焊接接头强度和可靠性要求较高的钢材焊接。
搅拌摩擦焊工艺研究
搅拌摩擦焊定义
搅拌摩擦焊原理
搅拌摩擦焊特点
搅拌摩擦焊应用
搅拌摩擦焊的特点
焊接过程稳定
焊接接头强度高
焊接变形小
焊接接头质量好
Part Three
搅拌摩擦焊的设备 与工具
搅拌摩擦焊的设备
搅拌摩擦焊机：用于实现搅拌摩擦焊工艺的主要设备，包括主机、控制系统、搅拌头等部分。 搅拌头：用于产生摩擦热和压力的部件，通常由轴肩、搅拌针和针尖组成。 控制系统：用于控制搅拌摩擦焊机的运行，包括电源、电机、传动系统等。 辅助工具：包括夹具、支撑架等，用于固定和支撑工件，确保焊接过程的稳定性和精度。
润滑设备：定期对设备进行润 滑，减少磨损和摩擦
更换易损件：及时更换易损件， 保证设备正常运行
Part Four
搅拌摩擦焊的操作 流程
焊接前的准备
确定焊接材料：根据材料类型和厚度选择合适的搅拌摩擦焊工艺参数 清理表面：去除材料表面的油污、氧化物等杂质，保证焊接质量 装配定位：将待焊材料精确装配，确保焊接过程中的稳定性和精度 检查设备：确保搅拌摩擦焊设备处于良好状态，具备焊接条件
搅拌摩擦焊与其他焊接方法的结合
搅拌摩擦焊与激光焊接的结合 搅拌摩擦焊与电子束焊接的结合 搅拌摩擦焊与激光-MIG焊接的结合 搅拌摩擦焊与激光-TIG焊接的结合
搅拌摩擦焊在绿色制造领域的应用前景
搅拌摩擦焊在新能源汽车领 域的应用：电池托盘、电机 壳等部件的焊接
搅拌摩擦焊在航空航天领域 的应用：飞机机身、发动机
海洋工程领域：搅拌 摩擦焊可用于制造海 洋平台、船舶和潜艇 等结构件，提高结构 强度和耐腐蚀性
医疗器械领域：搅拌 摩擦焊可用于制造医 疗器械中的高精度零 部件，如手术器械、 植入物等
Part Seven
轻量化-搅拌摩擦焊技术
四、搅拌摩擦焊在汽车上的应用
在汽车上的应用：汽车空调、轮毂、车门、电动汽车电池托盘、电机壳体等
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本田2013款雅阁
电动汽车电池托盘
沃尔沃XC90 轮毂
BMW 5 门窗直立边柱 Mazda RX-8 后门
四、搅拌摩擦焊在汽车上的应用
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供应商：北京赛福斯特 该公司2002年成立， 与TWI（英国焊接研究 所）合作开展全方面的 搅拌摩擦焊研究
二、搅拌摩擦焊的基本原理
FSW焊接工具
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搅拌摩擦点焊（Friction Stir Spot Welding，FSSW）
搅拌摩擦点焊（Friction Stir Spot Welding，FSSW）技术是一种新兴的固相焊接技 术，它是由搅拌摩擦焊技术发展起来的。 它的连接机理是点焊工具周围高温摩擦热和材料塑性流动相互作用的结果。 冶金连接产生在点焊工具周围形成的一种圆环状搅拌区域与材料发生重结晶的区域中， 这一区域在点焊工具旋转、挤压、粉碎等机械力作用下，形成致密组织结构，赋予搅拌摩 擦点焊接头优异的力学性能。 一般分为以下几类： 基本型搅拌摩擦点焊技术（Basic FSSW） 填充式搅拌摩擦点焊技术（Refill FSSW） 摆动式搅拌摩擦点焊技术（Swing FSSW）
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搅拌摩擦焊技术（FSW）
2019.07.06
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一、搅拌摩擦焊技术背景
铝及铝合金的焊接中，存在许多问题： 膨胀系数大而在焊接时产生较大的变形。为了防止变形，在施工现场，必须采用胎卡具固定，和 由培训过的熟练工人操作。 铝及铝合金容易氧化，表面存在一层致密、坚固难熔的氧化膜，所以焊前要求对其表面进行去膜 处理，因此焊接时，要用氩等惰性气体进行保护。 铝及铝合金焊接时易产生气孔、热裂纹等缺陷。 对于热处理型铝合金来说，必须避免在焊接时热影响区产生软化，强度降低的问题。
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。
焊接工艺中的摩擦搅拌焊技术
焊接工艺中的摩擦搅拌焊技术摩擦搅拌焊技术在焊接工艺中的应用摩擦搅拌焊（Friction Stir Welding，FSW）技术，作为一种新兴的焊接工艺，正在逐渐得到人们的关注和认可。
它的出现不仅改变了传统焊接方法，还带来了许多优势和创新。
本文将从摩擦搅拌焊技术的原理、应用范围和未来发展等方面，探讨其在焊接工艺中的重要性和价值。
一、摩擦搅拌焊技术的原理摩擦搅拌焊技术是一种无熔区焊接方法，它利用回转的焊接工具，通过摩擦加热和搅拌的作用，将金属板材相互连接。
其原理主要包括以下几个方面：1. 摩擦加热：焊接工具通过与工件的摩擦产生热量，将工件表面加热至可塑性温度，但不达到熔点。
这种无熔区的加热方式是摩擦搅拌焊的特点之一。
2. 塑性流动：在摩擦作用下，金属材料开始发生塑性变形，产生较强的流动性，但保持了原有的晶体结构。
通过搅拌工具的旋转和推进，工件的材料被搅拌成连续的焊接接头。
3. 冷却固化：在搅拌过程中，焊接接头由于摩擦加热而达到可塑性状态，但在离开焊接工具后，温度迅速下降，接头被固化为连续的金属接合部分。
二、摩擦搅拌焊技术的应用范围摩擦搅拌焊技术以其独特的焊接原理和优异的性能，广泛应用于不同材料的焊接领域。
其主要应用范围包括以下几个方面：1. 航空航天领域：摩擦搅拌焊技术可以用于航空航天器件的连接，例如飞机翼板、舱壁、涡轮发动机叶片等。
这种焊接方法能够减少热输入，提高焊接质量和强度，减小了焊接变形和应力集中的问题。
2. 轨道交通领域：摩擦搅拌焊技术可以应用于轨道交通车辆的制造和维修。
例如，高铁列车的车体焊接、地铁车辆的连接等。
由于摩擦搅拌焊能够避免焊接变形和减小焊接缺陷，因此能够提高车辆的运行平稳性和安全性。
3. 汽车制造领域：摩擦搅拌焊技术可以应用于汽车车身的焊接。
与传统的焊接方法相比，摩擦搅拌焊能够提供更强的接头强度和密封性，同时还能够降低噪音和振动，提高车身的刚性和安全性。
4. 电子设备领域：摩擦搅拌焊技术可以用于电子设备的组装和连接。
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。
超声搅拌摩擦焊
超声搅拌摩擦焊一、超声搅拌摩擦焊是啥呢？嘿，小伙伴们！今天咱们来聊聊超声搅拌摩擦焊这个超酷的东西。
你是不是一听就觉得有点懵，这到底是个啥呀？其实啊，超声搅拌摩擦焊就是一种焊接技术啦。
它可不是那种普普通通的焊接哦。
这个超声搅拌摩擦焊呢，就像是给焊接加上了超级魔法。
它在焊接的过程中，利用超声的一些特殊性质，让焊接的效果更好。
比如说吧，它能够让焊接的地方更加牢固，就像给两个要连接的东西穿上了一层超结实的铠甲。
而且啊，它焊接出来的东西表面可能会更光滑呢，不像有些焊接技术弄出来的表面坑坑洼洼的。
二、超声搅拌摩擦焊的原理那它为啥能这么厉害呢？这就得说到它的原理啦。
超声搅拌摩擦焊啊，是通过超声振动来影响焊接区域的材料。
这种振动就像是在材料里面引起了一场小小的“地震”，不过这个“地震”是有好处的哦。
它能够让材料在焊接的时候更好地融合在一起。
就好像是把两种不同的沙子，通过一种特殊的摇晃方式，让它们完美地混合成一堆新的沙子一样。
而且啊，这个超声振动还能把焊接过程中可能产生的一些小缺陷给“震”没了，你说神奇不神奇？三、超声搅拌摩擦焊的应用那这个超声搅拌摩擦焊都能用在哪里呢？它的应用可广泛啦。
在航空航天领域，那些超级精密的零部件的焊接就可能会用到它。
你想啊，飞机火箭什么的，那可容不得一点马虎，超声搅拌摩擦焊就能保证焊接的高质量。
还有汽车制造领域，汽车的一些关键部位的焊接也能用到这个技术。
这样汽车就会更安全，更耐用啦。
甚至在一些电子设备的制造中，也会用到它呢。
比如说那些小小的电路板，如果焊接不好，整个设备可能就没法正常工作了，超声搅拌摩擦焊就能很好地解决这个问题。
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搅拌摩擦焊工作原理
搅拌摩擦焊是一种金属材料的焊接方法，它利用摩擦热产生的高温将金属材料加热到软化状态，然后通过机械搅拌的作用将两个金属材料表面摩擦、塑性变形、混合以及扩散，最终实现焊接。
具体工作原理如下：
1. 加热：将需要焊接的两个金属材料的接触面通过旋转的方式摩擦，从而产生摩擦热。
摩擦热会加热金属材料，使其软化达到焊接温度。
2. 搅拌：在材料软化的状态下，通过一个专门的工具，如钳子夹具、旋转刀具等，对材料表面进行强制搅拌。
搅拌的目的是促使熔融金属混合和扩散，从而进一步提高焊接质量。
3. 磨合：磨合是指在搅拌过程中，金属材料表面存在的氧化膜、污染物等被搅拌剪切而排除，或被高温软化后破坏，从而实现材料表面的清理和净化。
4. 固化：当搅拌摩擦焊过程结束后，通过冷却或者其他方式将金属材料冷却至室温，焊缝即可固化。
总的来说，搅拌摩擦焊的主要原理是通过摩擦热加热金属材料并使其软化，然后通过搅拌的方式混合和扩散金属材料，最后冷却固化形成焊缝。
这种焊接方法具有热效应小、焊缝质量高等优点，广泛应用于航空航天、汽车制造、轨道交通等领域。