焊接工艺设计 摩擦焊.ppt

摩擦焊是一种固态热压焊，是利用摩擦热使焊件产生固相结合的焊接方法。焊接时是利用焊件接触面之间的相对摩擦运动和塑性流动所产生的热量，使界面及其附近区域达到热塑性状态并在压力作用下产生适当的宏观塑性变形而形成接头。 摩擦焊工艺 焊件绕轴旋转 其他运动 焊件不运动 相位控制摩擦焊 连续驱动摩擦焊 惯性摩擦焊 摩擦堆焊 线性摩擦焊 轨道摩擦焊 径向摩擦焊 搅拌摩擦焊 摩擦焊工艺及分类 一 搅拌摩擦焊概况 搅拌摩擦焊(Friction Stir Welding，简称FSW)是英国焊接研究所（TWI）1991 年发明的新型焊接工艺，起初主要是用于铝合金的焊接。自问世以来，引起了世人的广泛关注。世界许多国家和研究机构进行了大量的研究，自1999 年以来，国际上已经连续举办了5 届专门的搅拌摩擦焊学术研讨会，从2000 年起FSW 已成为美国“AeroMat”和“Materials Solution”学术会议中重要的内容。 搅拌摩擦焊 国内直到1998年才开始进行搅拌摩擦焊技术研究。近年来，随着人们对其优越性的不断认识，许多高校、科研院所及企业都纷纷涉足搅拌摩擦焊领域，这些研究单位包括北京搅拌摩擦焊中心、南昌航空工业学院、哈尔滨工业大学、西北工业大学、大连铁道学院、上海交通大学、华东船舶工业学院、兰州理工大学、清华大学、中南大学、天津大学等。研究的主要内容涉及接头微观组织、接头力学性能、材料流动行为、焊接温度场和热循环等。 二 搅拌摩擦焊工艺原理及过程 待焊接的对接或搭接件放置于垫板上，并被夹紧。搅拌头高速旋转并使搅拌针迅速插入被焊件的待焊位置上，当轴肩与工件相接触时，搅拌头边旋转，边沿焊接方向移动，被焊工件在搅拌头的压力和摩擦热作用下变为塑性状态。搅拌头向前行走时，受到挤压的塑性材料在摩擦搅拌力的作用下向搅拌头的后侧流动，待搅拌头移走后，塑性材料冷却，经过原子扩散动态再结晶形成焊接接头，实现固相连接。 图1 搅拌摩擦焊原理图 (a)施焊过程;(b)搅拌头 (a) (b) 搅拌摩擦焊焊缝中的洋葱环 紫铜搅拌摩擦焊接头横剖面形貌图 (a) 前进边洋葱环结构 (b) 后退边洋葱环结构 FSW 紫铜接头中洋葱环结构示意图 镁—钢无匙孔搅拌摩擦点焊 搅拌摩擦焊工艺过程 夹持工件 开冷却水 焊机开启 摩擦头旋转下降 搅拌针压入工件 摩擦头 旋 转 摩擦头停止下降 保温一定时间 焊机关闭停冷却水 摩擦头向前 移动焊接开始 摩擦头停止 移动向上提升 三 搅拌摩擦焊特点 与普通的摩擦焊相类似，搅拌摩擦焊是在被焊材料熔点以下实现固相连接，所以在方法和工艺上具有较多的优越性。例如搅拌摩擦焊目前可以焊接所有牌号的铝合金其中包括以前熔焊难以焊接2xxx系列和7xxx系列的铝合金。焊接过程中没有弧光、烟尘、飞溅等。针对工业制造领域归纳起来搅拌摩擦焊主要具有如下方面优越性： （1）搅拌摩擦焊可以降低制造成本。搅拌摩擦焊是一种简单、高效、节能且没有焊接消耗的连接方法。搅拌摩擦焊可以节约能源，一台简单的适合于搅拌摩擦焊焊接的设备对于厚度为12.5mm的6xxx系列的铝合金材料的搅拌摩擦焊单道焊的总功率输入大约为3kW，而且除了搅拌头和电外没有其他消耗。焊接过程不需要填充焊丝和保护气，焊前不需要开坡口和对材料表面的氧化层等作特殊的处理。 （2）搅拌摩擦焊为新产品新结构的设计提供了可能。例如以前熔焊不能连接的热敏感性很强的硬铝、超硬铝及铝基复合材料材料都可以用搅拌摩擦焊得到可靠连接。搅拌摩擦焊较小的焊接变形可以实现精密铝合金零部件的制造。用搅拌摩擦焊实现小尺寸挤压型材的连接，也可以用来制造大尺寸的船舶夹板、列车壁板、卡车箱体等。 （3）搅拌摩擦焊具有可靠的质量保证。搅拌摩擦焊是一种完全机械化的连接技术可以实现焊接过程以及焊接能量输入的精确控制。搅拌摩擦焊的焊接质量完全由搅拌头的形状和焊接参数决定，所以可以实现精密的过程监控。由于焊接过程的机械性，所以可以实现焊接参数的数字化输入控制和记录。 （4）搅拌摩擦焊是一种安全的焊接方法。搅拌摩擦焊过程没有飞溅烟尘以及弧光辐射等对人体的危害焊接过程，并且不需要电流电压的参与，没有高的触电危险等。 它的实质呢是一种固态热压焊，是利用摩擦热使焊件产生固相结合的这样一种焊接方法。它的工艺过程主要是焊接时利用焊件接触面之间的相对摩擦运动和塑性流动所产生的热量，使界面及其附近区域达到热塑性状态并在压力作用下产生适当的宏观塑性变形而形成接头。 * 上节课的第二部分内容我们讲了摩擦焊的分类，我们按着焊件的运动形式不同将摩擦焊分为了这样三大类和八小类，我们分别讲