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开 题 报 告 院 系：材料科学与工程学院 专 业：材料成型及控制工程（焊接技术方向） 指导教师：高双胜 学生姓名：马林 2012年 3 月 15 日 搅拌摩擦点焊工艺试验研究 概述 1.1选题背景及意义 铝合金电阻点焊具有电能消耗大，产生的热变形大，电极损耗快目前铝合金薄板的搭接接头主要采用电阻点焊，。工作环境恶劣等缺点。为了改进和完善电阻点焊带来的一系列缺陷，国外学者在搅拌摩擦焊的基础上提出了采用高效、清洁、节能的点焊新技术——搅拌摩擦点焊．取代电阻点焊的轻合金点焊方法。搅拌摩擦点焊方法不仅弥补了电阻点焊方法带来的一系列缺陷，同时也是绿色、高效、清洁、节能的焊接技术。 铝合金具有良好的耐蚀性、较高的比强度及良好的导电性和导热性，在航空、航天、汽车、机械制造、电工及化学工业中得到了广泛的应用。因此，掌握和积极推广铝合金的各种焊接新方法、新工艺，对扩大铝合金的应用范罔具有十分重要的意义[1]。 由于铝及铝合金具有独特的物理化学性能，因此在焊接过程中会产生一系列的困难，具体表现主要有以下几点。 (1)强的氧化能力 铝与氧的亲和力很强，在空气中极易与氧结合生成致密而结实的A1203。在焊接过程中，氧化铝阻碍金属之间良好结合，极易造成夹渣，氧化膜还会吸附水分，焊接时会促使接头生成气孔。 (2)铝的热导率和比热大， 导热快尽管铝及铝合金的熔点远比钢低，但是铝及铝合金的导热系数、比热容都很大，比钢大一倍多，在焊接过程中大量的热能被迅速传导到基体金属内部。为了获得高质量的焊接接头，必须采用能量集中、功率大的热源。有时需采用预热等工艺措施，才能实现熔焊过程。 (3)线膨胀系数大 铝及铝合金的线膨胀系数约为钢的2倍，凝固时体积收缩率达6％--6．5％，因此易产生焊接变形。防止变形的有效措施是除了选择合理的工艺参数和焊接顺 序外，采用适宜的焊接工装也是非常重要的，焊接薄板时尤其如此。 (4)容易形成气孔 焊接接头中的气孔是铝及铝合金焊接时极易产生的缺陷，尤其是纯铝和防锈铝的焊接。氢是铝及铝合金焊接时产生气孔的主要原因。铝及铝合金的液体熔池很容易吸收气体，在高温时溶入大量气体，在由液态凝固时，溶解度急剧下降。在焊后冷却凝固过程中来不及析出而在焊缝中聚集形成气孔。 (5)铝在高温时的强度和塑性低 铝在370C时强度仅为10MPa，焊接时会因为不能支撑住液体金属而使接头成形不良，甚至形成塌陷或烧穿。冈此，焊接铝及铝合金时常常要使用垫板。 摩擦点焊( friction stir spot welding, 简称FSSW)是由文献[ 2] 等人在搅拌摩( friction stir welding,简称FSW) 基础上开发的一种新型固态连接技术。它利用带有轴肩( shoulder和搅拌针( pin) 的搅拌头一边高速旋转, 一边缓慢地插入被焊工件, 直到搅拌头的轴工件表面紧密接触。在轴肩的压力作用下, 搅拌针在工件内部进行摩擦和搅拌, 产生的摩擦热使搅拌针周围被焊材料达到塑性状态, 形成点焊接头, 焊接结束后将搅拌头拔出,从而完成整个焊接过程。与电阻点焊相比, 摩擦点焊的设备具有功率小, 操作费用低; 无电阻点焊中常见的电极磨损; 当被焊材料不同或板厚不等时, 不会产生焊核的偏移等点。 1.2国内外发展现状 国内外相关资料显示。目前国外主要有英国、日本、德国在搅拌摩擦点焊领域有深入的研究。英国搅拌摩擦点焊研究现状为了解决搅拌摩擦点焊焊点接头性能低的问题。 英国TⅣI的Thomas等人提出了复合搅拌(Com-Stir TM)的概念[3]，在复合搅拌工艺中，搅拌头以正常的方式绕着轴旋转，但轴同样也在一个圆形的轨道区域内移动。 日本的Friction Spot Joining(FSJ)专利技术 为了开发新的铝合金点焊方法，KHI(日本川崎)与MAZDA(日本马自达)共同研究开发了Friction Spot Joining(FSJ)技术[4](已取得专利)。该技术的研究基础是英国的焊接研究结构TWI于1991年开发的搅拌摩擦焊技术(FSW)，这种方法是使用搅拌头在旋转的同时向下移动，由搅拌头的旋转摩擦产生热量使焊接基材软化、搅拌后产生塑性流动，从而达到材料一体化。 德国的GKSS公司第一个提出了搅拌摩擦点焊(FSSW)。由机器人摩擦焊技术与应用中心完成的可行性研究显示．搅拌摩擦焊是铝合金汽车结构中取代传统焊接方法的首选该技术采用可回抽的搅拌头，这种高效的搅拌头既可以用于生产长缝焊也可以焊接搭接的点焊接头。因此两种搅拌摩擦焊接头形式可以通过一个设备来实现[5] 德国RIFTEC设计搅拌摩擦点焊方法和英国及13本的不同，该方法采用分离的搅拌头和搅拌工具部通过精确控制两者的相对运动．在搅拌头回撤的同时填充搅