2.2 搅拌摩擦焊接的基本原理
• 搅拌摩擦焊的焊接 过程，可以分解为4 个 不同阶段： 旋转、插
入、焊接、离开。
旋转
插入
离开 焊接
• 搅拌摩擦焊原理图
2.2 搅拌摩擦焊接的基本原理 • 焊接接头的示意图
2.2 搅拌摩擦焊接的基本原理 (V = 14 m/h)
(V = 38 m/h) (V = 28 m/h) • 铝合金搅拌摩擦焊宏观形貌
2.3 搅拌摩擦焊接的重要工艺参数
• FSW焊接的重要工艺参数 主要有搅拌头的形状、搅拌头的位置、搅拌头的转速、焊接
速度、接头精度以及材料拘束等。 这些参数对接头稳定性和焊 接质量的非常重要。
2.3 搅拌摩擦焊接的重要工艺参数 搅拌摩擦焊的工艺参数
2.4 搅拌摩擦焊接的特点
• 搅拌摩擦焊具有的优点： ⑴ 搅拌摩擦焊是一种固相连接技术，接头性能优异。。 ⑵ 焊前不需要开坡口，可以节省焊前准备工时。 ⑶ 焊接过程中不需要保护气，也不需要填充材料。 ⑷ 焊接过程容易实现自动化，可以实现全位置焊接，
接头质量一致性好。
2.4 搅拌摩擦焊接的特点
• 搅拌摩擦焊具有的优点： ⑸ 焊接热输入小，从而导致焊接变形小、接头残余应力水平低，
是一种低应力、小变形焊接技术。 ⑹ 焊接过程中无飞溅、无弧光、无辐射，是一种绿色焊接技术。 ⑺ 焊接效率高、能耗低，是一种高效焊接技术。
2.4 搅拌摩擦焊接的特点
• 搅拌摩擦焊存在的主要问题： （1）焊缝无增高, 在接头设计时要特别注意这一特征。焊接角
接接头受到限制，接头形式必须特殊设计。 （2）需要对焊缝施加大的压力，限制了搅拌摩擦焊技术在机
器人等设备上的应用。 （3）焊接结束时，由于搅拌头的回抽在焊缝中往往残留搅拌
指棒的孔，所以必要时，焊接工艺上需要添加“引焊板 或退出板”。
2.4 搅拌摩擦焊接的特点
• 搅拌摩擦焊存在的主要问题： （4）被焊零件需要由一定的结构刚性或被牢牢固定来实现
•中国第一台 12m长宽幅型 材搅拌摩擦焊 设备
2.2 搅拌摩擦焊接的基本原理
搅拌摩擦焊是利用摩擦热作为焊接热源的一种固相连接方 法，但与常规摩擦焊有所不同。在进行搅拌摩擦焊接时，首先 将焊件牢牢地固定在工作平台上，然后，搅拌焊头高速旋转并 将搅拌焊针插入焊件的接缝处，直至搅拌焊头的肩部与焊件表 面紧密接触，搅拌焊针高速旋转与其周围母材摩擦产生的热量 和搅拌焊头的肩部与焊件表面摩擦产生的热量共同作用，使接 缝处材料温度升高而软化，同时，搅拌焊头边旋转边沿着接缝 与焊件做相对运动，搅拌焊头前面的材料发生强烈的塑性变形。 随着搅拌焊头向前移动，前沿高度塑性变形的材料被挤压到搅 拌焊头的背后，在搅拌头轴肩与焊件表层摩擦产热和锻压共同 作用下，形成致密的固相连接接头。
1 说课
搅拌摩擦焊
说课人：王小明
1.1 教学内容与目标
教学内容：搅拌摩擦焊的发展历程；搅拌摩擦焊的基 本原理；搅拌摩擦焊的工艺特点及重要的工艺参数； 搅拌摩擦焊的发展现状和应用领域。
重点与难点：搅拌摩擦焊的基本原理；搅拌摩擦焊的 工艺特点及重要的工艺参数。
知识目标：掌握搅拌摩擦焊的基本原理；掌握搅拌摩 擦焊的工艺参数及特点；了解其发展及应用。
受到热能作用后将会产生塑化现象，搅拌摩擦焊接工具的主要 作用为控制材料的塑性流动形态，且可破坏存在于工件表面的 氧化薄膜。然而此改良的工艺无法利用感应线圈在特定位置上 予以精确加热。
（2）激光辅助搅拌摩擦焊工艺 激光能的高温作用将会使位于旋转工具前方的工件软化，因
此仅需施以较小的工作负荷即能驱使旋转工具移动。另外，该 系统更具有另一优越性:即使在高速焊接状态下,亦不会造成旋转 工具的过度磨损。
2.1 搅拌摩擦焊的发展历程
• 1995年，英国焊接研究所在中国申请了搅拌摩擦焊技术发 明专利，并于1999年正式获得国家专利局批准。
• 2002年，英国焊接研究所与中国航空工业集团公司北京航空 制造工程研究所签定了专利授权协议，并联合成立了中国搅拌 摩擦焊中心（北京赛福斯特技术有限公司是该中心的企业化运 营实体），致力于在中国地区（包括台、港、澳）推广这项新 技术。
焊接；在焊缝背面必须加一耐摩擦力的垫板。 （5）要求对接头的错边量及间隙大小必需严格控制。 （6）目前只限于对轻金属及其合金的焊接。 总之，与熔焊相比，它是一种高质量、高可靠性、高效率、低 成本的绿色连接技术。2.5 搅拌摩擦焊接的发来自现状• 复合焊接技术：
（1）感应线圈辅助加热搅拌摩擦焊工艺 在旋转工具的前方采用移动式感应线圈来当作热源。当材料
2 讲课
搅拌摩擦焊
主讲：王小明
2.1 搅拌摩擦焊的发展历程
• 1991年,英国焊接研究 所（The Welding InstituteTWI）发明了搅拌摩擦焊 （Friction Stir Welding-
FSW
• 1997年，被日立公司、阿尔 斯通公司等大型列车制造商广 泛用于铝合金车体的制造中， 在列车制造领域逐渐取代了熔 焊技术。
2.5 搅拌摩擦焊接的发展现状
• 复合焊接技术：
（3）载流—搅拌摩擦复合焊 基于内生电阻热－搅拌摩擦热复合的载流－搅拌摩擦复合焊 接(RFSW)新技术。在搅拌摩擦焊的过程中，在工件焊缝方向 上通以电流，该电流与其流经的焊缝和摩擦搅拌焊接区的接触 电阻产生电阻热，该电阻热和搅拌摩擦热形成搅拌摩擦的复合 热源。可用于碳钢、不锈钢、高温合金等结构材料的搅拌摩擦 焊接、焊前热处理和焊后热处理。对于解决高熔点金属搅拌摩 擦焊接的难题提供了新的研究思路和方法，对于快速高效的低 熔点金属搅拌摩擦焊接也具有改善和促进作用，能够解决FSW 焊接高熔点金属所面临的一些挑战。
1.3 教学设计
教学方法：采用图形结合及动画演示教学，重点讲述 搅拌摩擦焊的工作原理、焊接工艺及重要参数。
提炼课程结构主线：以搅拌摩擦焊的工艺为课程教学 结构主线，帮助学生尽快掌握搅拌摩擦焊的原理，能 够根据不同的材料和结构设计合理的焊接工艺。
增强学生自主学习能力和工程应用能力：采用图片展 示和动画演示的分析方法，启发学生自主分析搅拌摩 擦焊的原理与工艺，同时培养学生实际运用和操作能 力。
能力目标：培养学生对搅拌摩擦焊的工艺设计能力。 素质目标：形成焊接技术的自主学习和分析方法。
1.2 学情分析
授课对象：大学三年级第二学期材料专业学生。 学生分析：学生前期已经学习了材料成型原理的基本
知识，其课程内容已经简单的介绍了常见的焊接工艺， 但基本是熔化焊的方法与工艺，几乎不涉及固相焊技 术，更不了解搅拌摩擦焊的基本原理及其工艺。因此 通过搅拌摩擦焊的学习，使学生对焊接技术的发展和 应用进行全面的学习和运用。