搅拌摩擦焊工艺及其应用.pdfVIP

搅拌摩擦焊工艺及其应用

1搅拌摩擦焊的定义与原理

搅拌摩擦焊是一种非常新颖的金属连接技术，其原理是将金属材

料在高速旋转的条件下不断挤压与摩擦热而使金属材料发生塑性变

形进而在次冷却时形成均匀的焊缝。

搅拌摩擦焊是一种采用振荡摩擦进行的钎焊技术。摩擦过程中，

金属材料被强制变形，形成皱纹和复杂的微细组织结构，这就是焊接

区域。这一过程不需要额外的附加材料，因此也被称为固态钎焊。

搅拌摩擦焊的原理是通过搅拌和摩擦的相互作用，为金属轴套表面提

供局部加热来处理金属本身。在摩擦过程中，摩擦产生的热量会使金

属材料温度升高，而旋转工具逐渐伸进焊缝，在相对运动的作用下，

产生了强烈的塑性变形以及显著的变形应变。

在形成初期焊缝时，相对运动引起的压力会把材料从环形清隙中

抽出，形成时生成混味均匀的焊接界面。这些过程中摩擦加热导致局

部熔化，接长和冷却会使金属变形，并形成一个均匀的、与母材相似

的焊缝。

2搅拌摩擦焊的工艺流程及其特点

2.1搅拌摩擦焊的工艺流程

（1）工件准备：首先需要准备待焊接的工件。工件通常是板材、

管材、棒材等形状，可以是相同材质，也可以是不同材质。

（2）夹紧工件：将工件夹紧在专用的工件夹具中，以保证工件在

搅拌摩擦焊过程中不会移动或震动。

（3）起始摩擦：在工件接头处的摩擦面上施加旋转摩擦力，使工

件表面熔融并形成可焊接的状态。

（4）搅拌摩擦：在不断施加旋转摩擦力的情况下，摩擦头沿着工

件的接合面移动，搅拌工件的金属组织，从而形成焊接。

（5）升温保压：在搅拌摩擦焊完成后，保持摩擦头的位置不动，

使焊缝部位升温到一定程度，再施加一定的保压力，使焊缝固化。

（6）退火处理：对焊接完成后的工件进行退火处理，可以进一步

提高焊接质量和性能。

2.2搅拌摩擦焊的特点

（1）搅拌摩擦焊是一种无焊接接头凸出、无端部凸出的焊接方法，

焊缝起伏很小，对焊接部件外观和尺寸精度要求较高的场合比较适用。

（2）搅拌摩擦焊过程中没有明显的电弧和喷溅现象，不需要额外

的保护气体，易于操作。

（3）搅拌摩擦焊的施加压力较小，焊接变形小，对薄板焊接、异

种材料焊接都有优势。

（4）搅拌摩擦焊的热输入较低，对材料影响小，焊接缺陷较少，

焊接质量稳定可靠。

（5）搅拌摩擦焊适用于焊接高强度、高温合金、高塑性材料等难

焊材料，广泛应用于航空、轨道交通、船舶、核工程、汽车等领域。

3搅拌摩擦焊的应用领域及优势

搅拌摩擦焊技术因其优异的焊接性能，在工业及科研领域得到了

广泛的应用。以下是搅拌摩擦焊的主要应用领域及优势：

（1）航空制造：搅拌摩擦焊技术在航空领域中的应用尤为广泛。

它可以焊接各种铝合金、镁合金、钛合金及其它金属材料。与传统的

焊接方法相比，这种方法能够大大降低材料的腐蚀性及其它损耗，保

证了航空器的寿命。

（2）汽车制造：搅拌摩擦焊在汽车制造中得到了广泛的应用。例

如，它可以用于车身结构的加强，并且可以焊接车身各部分，从而提

高车身的刚性和强度。

（3）管道制造：搅拌摩擦焊还可以广泛地应用于管道制造。与传

统的焊接方法相比，搅拌摩擦焊可以保证焊缝的强度和质量，并且可

以减少材料的损耗和腐蚀性。

（4）金属结构制造：搅拌摩擦焊技术可以将各种金属材料焊接起

来，可以用于制造各种金属结构，例如桥梁、大型设备等。

（5）优点：相较于传统的焊接方法，搅拌摩擦焊技术具有以下明

显优点：焊接强度高、焊缝质量好、可焊接各种金属材料、没有环境

污染和能耗低等。

总之，随着科技的发展和制造业的进步，搅拌摩擦焊技术在各个

领域的应用前景仍然非常广阔。

4搅拌摩擦焊技术的发展趋势

随着制造业的不断发展和创新，搅拌摩擦焊技术也在不断升级，

其发展趋势主要体现在以下几个方面：

1.自动化程度提高。自动化生产是制造业的趋势，搅拌摩擦焊技术

也不例外。未来，搅拌摩擦焊设备将更多地实现自动化，减少人工干

预，提高生产效率和质量。

2.精度和稳定性进一步提高。未来，随着搅拌摩擦焊设备精度和稳

定性的进一步提升，可用于更高要求精度和稳定性的领域，如飞机、

火车等高端交通装备、医疗设备等。

3.新材料加工能力增强。搅拌摩擦焊技术可以加工不同种类、形状

和厚度的材料，随着新材料不断涌现，搅拌摩擦焊技术也将不断提高

加工新材料的能力，如碳纤维组合材料、高强度钛合金等。

4.环保型