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5、工艺参数
影响搅拌摩擦焊的主要因素有搅拌头的材料和结构、旋转速 度、焊接速度、搅拌头的轴肩、被焊接材料的种类等。 1、搅拌头的材料和结构 搅拌摩擦焊是所使用的搅拌头由轴肩和摩擦棒组成。摩擦棒 的材料通常采用合金工具钢。搅拌头轴肩的直径通常是摩擦 棒直径的三倍左右。 2、搅拌头的旋转速度R 搅拌头的旋转速度R是影响搅拌摩擦焊的一个重要因素，经 过实验，当旋转速度较低时，不能形成良好的焊缝，搅拌头 的后边有一条沟槽。随着旋转速度的增加，沟槽的宽度减小， 当旋转速度提高到一定数值时，焊缝外观良好，内部的空洞 也逐渐消失。在合适的旋转速度下接头才能获得最佳强度数 值。 搅拌头的旋转速度通过改变热输入和塑性流来影响接头微观 组织，进而影响接头力学性能。
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6、搅拌头插入深度和保持时间 搅拌摩擦焊的起始插入速度不可过高，否则容易造成搅拌 头折损。但过慢则生产率低下。选择恰当的插入速度非常 重要。插入速度的快慢最终决定焊接起始阶段预热温度是 否足够，以便产生足够的塑性变形和流体流动。
7、接头形式
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6、搅拌摩擦焊设备
1、搅拌摩擦焊设备的组成
搅拌摩擦焊设备的部件很多，从设备功能结构 上可以把搅拌摩擦焊机分为搅拌头、机械转动系统、 行走系统、控制系统、工件加紧机构和刚性机架等。 2、搅拌头
搅拌头是搅拌摩擦焊技术的关键，他的好坏决 定了被焊材料的种类和厚度。搅拌头包括轴肩和搅 拌针两部分，一般用工具钢制成，需要耐磨损和高 熔点。
搅拌摩擦焊设备
FSW焊机
各种搅拌头
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7、典型零件
航天器外壳的FSW焊接
铝合金轮毂的FSW焊接 箱体的FSW焊接
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框架的FSW焊接
8、参考文献
[1].李亚江 王娟 ．特种焊接技术及应用 [M]．第三 版．北京 ：化学工业出版社 ，2012年8月 ，229249
由于搅拌摩擦焊过程中热输入相对于熔焊过程较小，接 头部位不存在金属的熔化，是一种固态焊接过程，在合金中 保持母材的冶金性能，可以焊接金属基复合材料、快速凝固 材料等采用熔焊会有不良反应的材料。其主要优点如下： (1)焊接接头热影响区显微组织变化小．残余应力比较 低，焊接工件不易形； (2)能一次宪成较长焊缝、大截面、不同位置的焊 接．接头高： (3)作过程方便实现机械化、自动化，设备简单，能耗 低，功效高，对作业环境要求低： (4)无需添加焊丝，焊铝合金时不需焊前除氧化膜，不 需要保护气体，成本低； (5)可焊热裂纹敏感的材料，适合异种材料焊接： (6)焊接过程安全、无污染、无烟尘、无辐射等。
搅拌摩擦焊
1、搅拌摩擦焊的基本概念 2、搅拌摩擦焊基本原理理 3、搅拌摩擦焊的特点 4、搅拌摩擦焊应用范围 5、搅拌摩擦焊工艺参数 6、搅拌摩擦焊设备 7、搅拌摩擦焊典型零件 8、参考文献
1、搅拌摩擦焊的基本概念
搅拌摩擦焊(Friction Stir Welding，简称 FSW)是英国焊接研究所(The Welding Institute) 于1991年发明的专利焊接技术。是利用高速 旋转的搅拌头和封肩与金属摩擦生热使金属 处于塑性状态，随着搅拌头向前移动，金属 向搅拌头后方流动形成致密焊缝的一种固相 焊方法。 返回
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4、应用范围
搅拌摩擦焊工艺是自激光焊接问世以来最引人注目的焊接方法。它 的出现将使铝合金等有色金属的连接技术发生重大变革。用搅拌摩擦焊方 法焊接铝合金取得了很好的效果。现如今在英、美等国正进行锌、铜、钛、 低碳钢、复合材料等的搅拌摩擦焊接。搅拌摩擦焊在航空航天工业领域有 着良好的应用前景。
搅拌摩擦焊作为一种多学科交汇的新方法，可以发展出纵缝焊接、 环缝焊接、无匙孔焊接、变截面焊接、自支撑双面焊接、空间3D曲线焊 接、搅拌摩擦点焊、回填式点焊、搅拌摩擦焊表面改性处理、搅拌摩擦焊 超塑性材料加工等多种连接加工方法和技术。 历经近十年的快速发展，赛福斯特公司已成功开发了60余套搅拌摩 擦焊设备，将搅拌摩擦焊技术应用于我国航空、航天、船舶、列车、汽车、 电子、电力等工业领域中，创造了可观的社会经济效益，为铝、镁、铜、 钛、钢等金属材料提供了完美的技术解决方法，为国内外用户提供了不同 类型、不同用途的搅拌摩擦焊工业产品加工，包括：航天筒体结构件、航 空薄壁结构件、船舶宽幅带筋板、高速列车车体结构、大厚度雷达面板、 汽车轮毂、集装箱型材壁板、各种结构散热器及热沉器等。
2、基本原理
FSW焊接过程是利用一个一个非消耗的，圆柱体状的 高速旋转焊头(welding pin)在压力作用下，插入工件的接缝 处，与焊接工件材料摩擦，使该处材料温度升高软化，并 在焊头的搅拌作用下发生强烈塑性和混合作用，形成一个 整体．随着焊头沿工件的接缝的移动，形成焊缝。 焊头的肩部与工件表面摩擦生热，并用于防止塑性状 态材料的溢出，同时可以起到清除表面氧化膜的作用。缝 两边材料的摩擦、塑性变形、混合作用，其成为一个整体， 从而完成焊接。 FSW是一种固相焊接技术。
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3、搅拌摩擦焊的特点
焊接过程中也不需要其它焊接消耗材料，如焊条、焊 丝、焊剂及保护气体等。唯一消耗的是焊接搅拌头。 同时，由于搅拌摩擦焊接时的温度相对较低，因此焊 接后结构的残余应力或变形也较熔化焊小得多。特别是Al 合金薄板熔化焊接时，结构的平面外变形是非常明显的， 无论是采用无变形焊接技术还是焊后冷、热校形技术，都 是很麻烦的，而且增加了结构的制造成本。 搅拌摩擦焊主要是用在熔化温度较低的有色金属，如 Al、cu等合金。这和搅拌头的材料选择及搅拌头的工作寿 命有关。当然，这也和有色金属熔化焊接相对困难有关， 迫使人们在有色金属焊接时寻找非熔化的焊接方法。对于 延性好、容易发生塑性变形的黑色材料，经辅助加热或利 用其超塑性，也有可能实现搅拌摩擦焊，但这就要看熔化 焊和搅拌摩擦焊哪个技术经济指标更合理来决定。
搅拌摩擦焊在有色金属的连接中已获得成功的应用， 但由于焊接方法特点的限制，仅限于结构简单的构件，如 平直的结构或圆筒形结构的焊接，而且在焊接过程中工件 要有良好的支撑或村垫。原则上，搅拌摩擦焊可进行多种 位置焊接，如平焊，立焊，仰焊和俯焊；可完成多种形式 的焊接接头，如对接、角接和搭接接头，甚至厚度变化的 结构和多层材料的连接，也可进行异种金属材料的焊接。 另外，搅拌摩擦焊作为一种固相焊接方法，焊接前及 焊接过程中对环境的污染小。焊前工件无需严格的表面清 理准备要求，焊接过程中的摩擦和搅拌可以去除焊件表面 的氧化膜，焊接过程中也无烟尘和飞溅．同时噪声低。由 于搅拌摩擦焊仅仅是靠焊头旋转并移动，逐步实现整条焊 缝的焊接，所以比熔化焊甚至常规摩擦焊更节省能源。
3、焊接速度V 焊接速度是影响搅拌摩擦焊质量的重要因素。经过实验，接头强度随焊接速 度的提高并非单调变化，而是存在峰值。当焊接速度小于150mm/min时，接头强 度随焊接速度的提高而增大。当转速为定值且焊接速度较低时，搅拌头/焊件界 面的整体摩擦热输入较高。如果焊接速度过快，使塑性软化材料填充搅拌针行走 所形成的空腔的能力变弱，软化材料填充空腔能力不足，焊缝内易形成一条狭长 且平行于焊接方向的隧道沟，导致接头强度降低。 搅拌头与被焊接材料摩擦所产生的热源强度q为： 式中 q —热源强度W/m； w —旋转角速度rad/min； P —轴肩与共建之间的压力Pa； µ —摩擦系数； R —轴肩的直径m； r —搅拌头中心到轴肩的距离m, r≤R； 从上式可知，搅拌摩擦焊接过程中，搅拌头的结构及其他参数确定之后，焊接线 能量与焊接速度成反比。根据搅拌摩擦焊所采用的搅拌头、板厚、所焊材料及旋 转速度的不同，焊接速度一般为1~2.5mm/s。
4、焊接压力P 搅拌头与被焊工件表面之间的接触状态对焊缝成型有较大的影 响。当压力不足时，表面热塑性金属“上浮”，溢出焊接表面，焊 缝底部冷却后会由于金属“上浮”而形成孔洞。 当压力过大时，轴肩于焊件表面摩擦力过大，摩擦热使轴肩发 生“粘头”现象，是焊缝表面出现飞边、毛刺等缺陷。 当压力适中时，焊核呈规则椭圆状，接头区域有明显分区，焊 缝底部完全焊透。
5、搅拌头倾斜角 搅拌头倾斜角影响接头去塑性金属流体流动，对焊核的形成有影响。 当倾斜角为0°时，焊核几乎对称，近似椭圆形，焊核与冠状区的 交界处存在明显的机械变形特征。随倾斜角增大，（列入为3° 时），焊核比较扁长。这是由于随倾斜角增大，塑性流体沿焊接方 向承受搅拌头的作用力增强，材料围绕搅拌针螺旋线向下运动的同 时沿焊接方向存在较大运动，从而形成扁长状的焊核。