搅拌摩擦焊过程中搅拌头受力与变形的计算方法
分析 对 于 搅 拌 摩 擦 焊 工 艺 的 进 一 步 发 展 具 有 非 常
收 稿 日期 ： ０ ０—０ ２１ ６—１ ９ 基 金 项 目：国 家 自然 科 学 基 金 青 年 科 学 基 金 项 目（ ０ ００ ７ 资 助 。 １８ ２ １ ）
Ｐ＝÷ｔ ｃ（ ｒｅ ａ ）
Ｊ
（） １
１ 计 算模 型描 述
的塑性 流 动在很 大程度 上 取决 于搅 拌摩 擦 焊 中的温 升 以及搅拌 头 的机 械搅 拌 作 用 。在 机 械 搅 拌 过 程 中 ， 搅
拌头 承受来 自与材 料相 对 运 动而 产 生 的摩 擦 力 以及 由
于搅拌 头移 动而产 生 的纵 向力 ， 由于 搅 拌 头 的旋转 ， 搅
程 中的变形进行 了计算。计 算结果表明 ， 搅拌摩擦焊 中的温升 对改善搅拌 头受 力具有非 常重要 的影 响， 高焊接 提 温度 ， 将大 大降低搅拌头在焊接过程 中行进 时所受 的力 ， 将极 大提 高搅拌 头 的使 用寿 命。 由于 变形量 很小 ， 这 因 此 ， 以认为搅拌针在焊接过程 中的变形对焊缝形成没有影响 。 可
算 模 型 副以及 再 结 晶计 算 模 型 Ｉ。。 目前 国内外 ＂ ２ ］
还没 有关 于搅 拌 头 受 力 的计 算 模 型 ， 文 中研 究 的 目 而
钢 、 至异种 金属 等 的连接 ， 甚 但是 对 于 不 同材 料 的
搅 拌摩擦 焊 ， 拌头 的选择 至 关 重要 Ｊ搅 拌 头 的不 同 搅 ，
３ｍ 得 到 的温度 场如 图 １所示 。从 图 １ 以看 出 ， ｍ， 可 随
着 搅拌 头转 速 的增 加 ， 大焊 接 温 度 从 ３ ４ ｏ 加 到 最 ８ Ｃ增 了 ４０ｏ ０ Ｃ。值得 注意 的是 ， 着搅 拌 头 转 速 的增 加 ， 随 不 仅最 大焊 接 温 度 增 加 ， 温 区域 也 随 之 增 加 。对 应 的 高 应力 场如 图 ２所示 。
式 中 ，ｒ Ｃ ｕｈ 应 力 。 ｏ为 ａｃｙ
２１ ０ ０年 第 ９期 ２ ９
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搅拌 摩擦 焊 过 程 中 ， 触 面 材 料 一 般 处 于 滑移 状 接 态 ， 以从 热 力 耦 合 模 型 的 温 度 场 可 以推 测 搅 拌 头 和 所 焊 接构 件接触 面 的摩擦 力 ， 中 ｏ 为屈 服应 力 ， 式 ｒ 是温 度
第十五次全国焊接学术会议论文 俘 掳
４ 结 论
设 计过 程 中发挥 重要作 用 。
通过运 动学 建 模 和仿 真计 算 ， 明 三 轴 联 动 技 术 证 方案 可 以满 足大 型椭球 薄 壁构 件 பைடு நூலகம்瓜瓣 焊 缝 椭 圆轨 迹 自动焊接 的质 量 要 求 ， 同时 也 为 运 动 机 构 的详 细 设 计
关键词 ： 搅拌摩擦焊 中图分类号 ： Ｔ ０ Ｇ４ ４ 搅拌头 纵 向力 横 向力
０ 前
言
重 要 的作 用 。尽 管搅 拌 头 受 力 可 以通过 试 验 测 定 ， 然 而 ， 了进 一 步 了解 搅 拌 头 受 力 的主 要 影 响 因素 以 为 及 降低 成本 ， 值 模 拟 成 为 一 种 有 效 地 研 究 搅 拌 头受 数
采 用基 于 固体 力 学 的有 限元 模 型 可 以模 拟搅 拌 摩
擦 焊过程 中材 料 的 温 升 、 料 流 动 以及 应 力 变 化 。 材
静水 压 力可 以 由应 力场得 到 。
１
拌 头必然 会 承受 交 变 载 荷 ， 可 能 导 致 搅 拌 头 的 疲 劳 有
破 坏 。因此 ， 对 搅 拌 头 在 搅 拌 摩 擦 焊 过 程 中 的 载荷 针
力 的方法 。
搅 拌摩 擦焊 技术 自 １９ ９ １年 发 明… 以来 ， 迅速 应 用 到 了航 空航 天 、 舶 制 造 等 工 程 领 域 ］ 船 。尽 管 搅 拌 摩
擦 焊 技 术 可 用 于 铝 合 金
、 合 金 【 铜 合 金 Ｊ 镁 、 、
针对 搅拌 摩 擦 焊 的 数 值 模 拟 ， 目前 已 经 提 出 多 个 数值 模 型 ， 括 热 源 模 型 、 热 力 耦 合 模 型 、 于 流 体 包 半 基 力学 和 固体 力 学 的热 力 耦合 模 型 等 ¨ 、 余 应 力计 残
的函数 。 ７ Ｉ — ｒ： ‘ （） ２
５０ ｒｍｉ、５ ｍｉ、０ ｍｉ 行计 算 ， ０ ｎ ５ ０ｒ ｎ ６ ０ｒ ｎ进 ／ ／ ／ 轴肩 压力 为 ７ ａ 焊速 为 ２ ４ ３ ｍ ／ ， 拌 针 直 径 为 咖 ｍ， ０ ＭＰ ， ．３ ｍ ｓ搅 ６ ｍ 长
作者简 介 ： 王 力，９ ６年 出生， 学硕 士， １７ 工 现任 清 华大学机
械 工程 系材 料 加 工 工 程 及 自动 化 实 验 室 副 主 任 。 主要 从 事 焊接 过 程 控 制 研 究 及 其 自动 化 装 备 研 制
提供 了基 础 和依 据 。上 述 实例 表 明 ， 动 学 建 模 和 仿 运 真计 算可 以在这 类大 型重 要结 构 自动焊 接 专 机 系统 的
尺 寸 以 及 形 状 均 会 对 搅 拌 摩 擦 焊 过 程 产 生 明 显 影
响¨ Ｊ 。搅 拌摩 擦焊 接过 程 中 ， 搅拌 头 周 围材料 的塑
性 流动对 于焊缝 的形 成 ， 有 非 常 重要 的作 用 ， 具 而材 料
的就 是提 出搅 拌 头 受 力 的计 算 模 型 ， 基 于计 算 得 到 并 的结果 ， 一步 分析搅 拌 头的 变形 。 进
工作 ， 承担 航 天 科技 等 多项 科 研课 题 。
搅 拌 摩 擦 焊 过 程 中 搅 拌 头 受 力 与 变 形 的 计 算 方 法
大连 理工 大 学工程 力学 系工业装备 结 构分析 国 家重 点 实验 室（ １０ ４ １６ ２ ）
摘要
张
昭
陈 金涛
张 洪武
提出了搅拌摩擦焊过程 中搅拌头受力 的计算 方法 ， 基于搅 拌针 的受力情 况 ， 搅拌头在 搅拌摩 擦焊过 对
第三章 搅拌摩擦焊
第三章搅拌摩擦焊（Friction Stir Welding 缩写为FSW）1. 搅拌摩擦焊的基本原理是什么?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，使接头金属处于塑性状态，搅拌指棒边旋转边沿着焊接方向向前移动，在搅拌头的压力作用下,热塑性金属从其前端向后部塑性流动,从而形成致密的金属间结合，实现材料的连接。
简要说法：“非消耗搅拌工具，顶锻挤压连接面形成焊缝”2. 搅拌头由哪几部分组成？各由什么材料制成？有何作用？（一）搅拌头由特殊形状的搅拌指棒和轴肩组成。
（二）日本采用了SUS440（三）搅拌头的轴肩的作用：（1）可以保证搅拌指棒插入的深度；（2）轴肩与被焊材料的表面紧密接触，防止处于塑性状态的母材表面的金属排出而造成的损失和氧化；（3）与母材表面摩擦生热，提供部分焊接所需要的搅拌摩擦热。
3. 搅拌摩擦焊具有哪些特点？最主要是固相焊，无熔化缺陷等4. 搅拌摩擦焊主要焊接哪些金属材料？5. 搅拌指棒的尺寸大小根据什么来决定？被焊母材厚度7. 搅拌摩擦焊的热输入是如何定义的？即1mm 焊缝长度的搅拌头的转数。
比值越大，说明对母材的热输入越大8. 在搅拌摩擦焊焊接时，对搅拌头中心与焊缝中心线以及接头精度有何要求？为什么?接头间隙在0.5mm以下，搅拌头的中心位置大致允许偏差2.0mm。
9. 搅拌摩擦焊焊接接头由哪几个区域组成？它的断口呈何形状组织？为什么？（1）搅拌摩擦焊焊接接头依据金相组织的不同分为四个区域。
即图中A区为母材，B区为热影响区（HAZ），C区为塑性变形和局部再结晶区（TMAZ），D区（焊核）即焊缝中心区为完全再结晶区（2）圆柱状和焊点状：焊核细小等轴晶；强烈塑性变形特征；洋葱环特征等。
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
搅拌摩擦焊的原理、工艺特点、装备特点及飞机制造中的应用
搅拌摩擦焊的原理、工艺特点、装备特点及飞机制造中的应用一．搅拌摩擦焊的原理搅拌摩擦焊（简称：FSW）是利用一种非损耗的特殊形状的搅拌头，旋转着插入被焊零件，然后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。
搅拌摩擦焊原理图二．搅拌摩擦焊的工艺特点搅拌摩擦焊的原理决定了它有完全不同于传统熔焊的焊接工艺。
与其它焊接方法相比,搅拌摩擦焊具有以下显著特点：1)不需要氢、氦等保护气体和填充材料,节约资源。
不产生弧光、烟尘、噪声以及任何有害的烟雾气体,减少了对人体危害,属于绿色环保高技术。
2)焊前不需要对被焊接材料进行严格清理、打磨和加工开剖口,大大降低了劳动强度,提高了工作效率。
3)依赖人的控制参数小,易于实现自动化生产,采用立式,卧式工装均可实现焊接,焊接质量的一致性高。
4)可以实现传统焊接难以焊接的铝合金材料,也可以焊接异种金属。
5)由于焊接温度相对较低,焊接大尺寸工件变形很小,焊接区的残余应力和残余变形也显著减少。
6)焊接装配要求低,焊件结合面的装配间隙小于焊件厚度的10%时,不会影响接头质量。
FSW技术的主要工艺参数是摩擦速度及时间,关键技术问题在于特殊结构形状的搅拌头。
对于不同的待焊材料,接头形式,搅拌头的材料和形状及搅拌摩擦焊的工艺都应不同。
三.搅拌摩擦焊的装备特点搅拌摩擦焊的搅拌头由特殊形状的搅拌指棒和轴肩组成，轴肩的直径大于搅拌指棒的直径，在焊接过程中轴肩和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。
第235篇：搅拌摩擦焊之搅拌头
第235篇：搅拌摩擦焊之搅拌头以铝合⾦搅拌头为例；
常规搅拌⼯具轴肩直径有
针规格2mm3mm4mm5mm
轴肩直径10mm12mm14mm16mm
1、搅拌⼯具轴肩有⼀定的覆盖区域，下⽅需要有材料（如果没有材料⽀撑，会造成焊接塌陷）；
2、除轴肩覆盖区域外，两侧单边需要预留2mm的余量，避免焊接过程中挤料；
3、材料平⾯度和单边间隙量保持在0.2mm以下，避免飞边⽑刺过多以及缺料造成焊接缺陷；
1、电控盒普遍采⽤对搭接的结构形式，在平⾯上焊接；
2、假设搅拌⼯具焊接深度是3mm，绿⾊虚线标识为轴肩覆盖区域,直径12mm；
3、红⾊实线搭接区域，建议按照6mm设计；。
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ＩｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎｏｆＦｒｉｃｔｉｏｎＳｔｉｒＳｐｏｔＷｅｌｄｉｎｇＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＺｈａｏＹａｎｈｕａＺｈａｎｇＬｉｎａＬｉｕＪｉｎｇｄｕｏＤｕＹａｎｆｅｎｇＷａｎｇＧｕｏｑｉｎｇ（ＣａｐｉｔａｌＡｅｒｏｓｐａｃｅＭａｃｈｉｎｅｒｙＣｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１０００７６）ＡｂｓｔｒａｃｔＦｒｉｃｔｉｏｎｓｔｉｒｓｐｏｔｗｅｌｄｉｎｇ（ＦＳＳＷ）ｉｓａｎｅｗｓｏｌｉｄｓｔａｔｅｊｏｉｎｉｎｇｍｅｔｈｏｄ，ｗｈｉｃｈｉｓａｖａｒｉａｎｔｏｆｆｒｉｃｔｉｏｎｓｔｉｒｗｅｌｄｉｎｇ．ＴｈｅｑｕａｌｉｔｙｏｆｔｈｅＦＳＳＷｗｅｌｄｉｎｇｊｏｉｎｔｓｉｓｐｅｒｆｅｃｔ，ｄｕｅｔｏｉｔｓｈｉｇｈｍｅｃｈａｎｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｙ，ａｌｉｔｔｌｅｄｅｆｅｃｔｓａｎｄｓｍａｌｌｄｉｓｔｏｒｔｉｏｎ．ＴｈｅｐｒｉｎｃｉｐｌｅａｎｄｔｅｃｈｎｉｃａｌｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆＦＳＳＷａｒｅｐａｒｔｉｃｕｌａｒｌｙｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ．Ｔｈｅｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎｓ觚ｓａｎｄａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆＦＳＳＷａｒｏｕｎｄｔｈｅｗｏｄｄｈａｖｅｂｅｅｎｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄｔＯＯ．ＦＳＳＷｉｓａｐｒｏｍｉｓｉｎｇｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｆｏｒａｌｕｍｉｎｉｕｍａｌｌｏｙｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ，ａｎｄｓｔｕｄｙｉｎｇｔｈｅｎｅｗｗｅｌｄｉｎｇｍｅｔｈｏｄｗｉｌｌｂｅｂｅｎｅｆｉｃｅｎｔｔｏｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇｏｆｄｅｌｉｖｅｒｙｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓｆｒｉｃｔｉｏｎｓｔｉｒｓｐｏｔｗｅｌｄｉｎｇｐｒｉｎｃｉｐｌｅａｌｕｍｉｎｉｕｍａｌｌｏｙｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ１引言随着全球资源与环境保护问题的日趋严峻，运载工具的轻量化设计成为汽车、航空航天等制造领域的发展方向。
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。
几种新型搅拌摩擦焊技术
几种新型搅拌摩擦焊技术搅拌摩擦焊技术自1991年问世以来就倍受业界瞩目，特别是1996年搅拌摩擦焊被成功应用于宇航结构件的焊接以后，在制造业掀起了技术研究、发展和推广应用的热潮[1-3]。
双轴肩自适应搅拌摩擦焊技术搅拌摩擦焊作为一种先进的固相连接技术，已经在造船、航空航天、轨道交通等领域获得了广泛的应用。
但是在一些特殊的加工过程中需要搅拌摩擦焊设备提供较大的焊接力，同时要求在焊接过程中对待焊零件进行严格装夹（包括背部的刚性支撑），这给某些特殊结构形式下实施FSW造成了困难，如大直径火箭贮箱环缝结构的焊接等。
而双轴肩自适应搅拌摩擦焊（Self-ReactingPin Tool，SRPT）技术成功地解决了上述问题。
1 原理双轴肩自适应搅拌摩擦焊是通过上下轴肩夹持作用加紧工件，下轴肩代替了常规搅拌摩擦焊的垫板装置。
搅拌针与驱动装置及下轴肩相连，这样既可调节加载载荷又可调整下轴肩的位置。
且上轴肩与单独的驱动轴相连，这种上下轴肩单独控制的方式使得自适应系统得以实现，并且使上下轴肩的顶锻力反向相等，整个工件在垂直板件方向所受合力为零。
由于SRPT采用了两个轴肩的模式，提高了焊缝背部的热输入，可以预防和降低焊缝背部缺陷。
与常规 FSW 相比，SRPT有两个独立控制的轴肩；常规FSW焊件背面需要配套的刚性支撑垫板，而SRPT焊件背面则不需要；常规FSW被焊工件需要严格的装夹，焊件需要被垂直及侧向压紧，而 SRPT大大简化了装夹机构；常规FSW焊缝背部常常是整个焊件的薄弱环节，SRPT由于下轴肩的产热减小了从焊缝表面到背部的温度梯度，降低了焊缝的热损耗，提高了热效率，因此可以很好地消除焊缝背部未焊透等缺陷。
2 试验验证与工程应用Edwards 等[4]成功地应用双轴肩自适应搅拌摩擦焊技术对薄板铝合金进行了焊接，试验表明：在薄板焊接领域此技术可以实现1.8mm及更薄的铝合金型材的焊接；焊接速度可以达到1m/min以上；对2mm厚A l6061铝合金的试验表明，焊缝强度系数可达88%，而且强度系数还可以进一步提高。
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
搅拌摩擦焊的原理以及搅拌头的种类
搅拌摩擦焊的原理以及搅拌头的种类搅拌摩擦焊，听起来是不是有点高大上？别担心，其实它就是一个很酷的技术，能够把两块金属紧紧地焊在一起，而且不需要用到什么传统的焊接材料，就好像用“摩擦”来把它们粘在了一起。
你没听错，就是“摩擦”！这也让很多人觉得这项技术有点神秘。
其实啊，搅拌摩擦焊不光是个“神奇”的名字，它背后还有一整套精密的原理呢。
简单说，就是通过高速旋转的搅拌头在金属表面摩擦生热，然后把金属加热到一定的温度，达到塑性状态，再加上压力，将两块金属“粘合”在一起，最后形成坚固的连接。
哎呦，听起来是不是很神奇？其实啊，这种焊接方式最吸引人的地方就是它不需要填充材料，也就是说焊接过程中的金属不会被浪费掉。
你想啊，通常的焊接都得用焊条或焊丝啥的，但在搅拌摩擦焊里，这两块金属就像是俩死党一样，直接合体，没有任何中间的“杂七杂八”。
这技术简直就是个“老司机”，特别是在一些对焊接质量要求高的领域，简直是如虎添翼。
你能想象吗？它可以用在汽车、航空、船舶甚至一些高端的能源领域，而且接头非常牢固，简直就是“天衣无缝”！不过说到搅拌摩擦焊的原理，就不得不提搅拌头了。
搅拌头可是这项技术的“大功臣”，它就像是焊接过程中的“魔法师”，没有它，焊接就不可能顺利完成。
你看，搅拌头通常由一个旋转的工具组成，这个工具就像个旋风一样，直接把金属表面搅拌得热乎乎的，创造了一个足够的摩擦力和热量。
就这么简单，金属就能在它的帮助下融合起来。
不过，搅拌头可不止是个简单的工具，它的种类可是五花八门，各种形状，功效各异。
就像一个顶级厨师的工具箱，里面每样工具都有它独特的作用。
其中常见的一种搅拌头叫做“圆锥形搅拌头”。
你可以把它想象成一个小小的圆锥，尖尖的部分直接接触到金属表面，通过旋转产生摩擦，达到加热金属的目的。
这种搅拌头就像是个打破僵局的高手，能够快速而均匀地加热金属，促进金属的塑性变化。
另一种比较常见的就是“螺旋形搅拌头”，它的结构就像是一个旋转的螺旋桨，能够在焊接过程中产生更强的搅拌效果，帮助金属更好地融合。
搅拌摩擦焊接过程控制研究综述
搅拌摩擦焊接过程控制研究综述陈书锦;薛俊荣;李浩;倪瑞洋;周洋【摘要】从搅拌摩擦焊接过程参数测控角度出发，综述了焊接区域温度、轴向力等主要过程参数的检测方法、各参数的影响因素分析；重点回顾了搅拌摩擦焊接过程参数的控制研究，主要内容为焊接区域温度的控制、轴向力控制、扭矩控制、压入深度控制、焊缝自动跟踪，当前主要采用PID控制器；由于过程模型的建立较为困难，自适应控制是较为理想的方法，控制律和稳定设计是关键环节。
进一步加强焊接机理研究，建立更为完善的过程控制模型，才能进一步实现搅拌摩擦焊接过程的高度自动化、智能化。
%ABSTRACT:From the perspective of detection and control of friction stir welding,this paper reviewed the detecting meth-ods of the main process parameters, such as the temperature of the weld zone, the axial force, focused on reviewing the process parameters control of the welding zone temperature control, the axial force control, torque control, indentation depth control and seam tracking, PID controllers currently was used in existing studies. Since the establishment of the process model is relatively difficult, adaptive control is an ideal method to solve this problem. The control law and stability design are key link. In order to realize the highly automatic and intelligent control of friction stir welding process, it is neces-sary to further strengthen the welding mechanism research, establish a more perfect process control model at the same time.【期刊名称】《精密成形工程》【年(卷),期】2015(000)005【总页数】8页(P52-58,64)【关键词】搅拌摩擦焊接;焊接过程控制;区域温度;轴向力;焊接扭矩【作者】陈书锦;薛俊荣;李浩;倪瑞洋;周洋【作者单位】江苏科技大学材料科学与工程学院，江苏镇江212003;江苏科技大学材料科学与工程学院，江苏镇江212003;江苏科技大学材料科学与工程学院，江苏镇江212003;江苏科技大学材料科学与工程学院，江苏镇江212003;江苏科技大学材料科学与工程学院，江苏镇江212003【正文语种】中文【中图分类】TG453+.9;TG409自从1991年搅拌摩擦焊接(Friction Stir Welding，FSW)技术诞生以来[1]，人们对于这项绿色高效的固相连接技术的研究方兴未艾。