线性摩擦焊焊缝结构设计（共10篇）由网友“ming1744”投稿提供，下面是小编为大家整理后的线性摩擦焊焊缝结构设计，仅供大家参考借鉴，希望大家喜欢!
篇1：线性摩擦焊焊缝结构设计
若对热塑性塑料件采用摩擦振动焊接，焊缝的结构是有所讲究的，下面一一分析适合各种条件的焊接结构，
热塑性塑料兼容性表1、常用于密封罐焊接的结构：2、无凸沿，两侧无溢料且运动方向与振动方向相同的焊接结构3、常用于阀盖的焊接两侧无溢料的焊接结构4、避免两侧溢料的结构5、以下结构用于位移较小，但强度要求较高的塑料件6、典型应用位置狭窄，容器较大（洗衣机，洗碗机等）7、以下结构用于透明材料溢料少，外观优良的焊接件8、较小的厚度包括凸沿的结构9、典型应用于较薄容器盖子的焊接结构10、典型应用较薄且有压力容器盖子的焊接结构11、无凸沿产品的焊接结构，常用于ABS构件12、用于高压力产品的焊接结构（如储液容器）篇2：线性振动摩擦焊结构及原理
1.此图为振动摩擦机线性振动摩擦焊接结构图，2.工作原理: a、将制作的产品固定模具（治具）安装到振动摩擦机上。 b、安装好模具后由专业技术人员根据焊接条件调节振动时的一些振动参数。（如：上模振动的频率、振幅、时间等） c、调节好振动数据后将所要焊接的上下产品分别放入对应的上下模具。 c、开启启动按钮安全门关闭摩擦机将对上下两个分开的工件进行焊接。d、焊接时间大约15秒左右后上下模分开同时安全门打开。 e、最后取出焊接好的工件。3. 焊接过程特别说明： 振动摩擦焊接是基于摩擦焊的原理，
被压紧在一起的两个塑焊件，振动其中的一个，使其相对另一个做往复位移，位移值最大可达1.8mm 或4mm，该峰值与峰值间的距离称为振幅，而振动的频率为100Hz 或240Hz ，从而产生摩擦热。这就像两只手放在一起摩擦一样。 在这一过程中，两个被焊接零件中的一个被装在升降台的固定夹具上，而另一个按装配位置被安放在上驱动板的驱动夹具上。升降台垂直于振动头做升降运动，由液压系统提供动力并控制压力。该两个零件必须由升降台的夹紧力压紧在一起，在焊接和保持周期中，这一夹紧力持续作用在塑料件上。在受压状态下，振动头振动，经过几秒或十几秒，将塑焊件焊接起来。该时间称为“焊接时间”。而后熔化的塑料在压力下短时间被冷却下来并固化，这个时间称为“保持时间”。最后振动头即停止振动，升降台下降并回到卸荷位置（初始位置）。
篇3：线性振动摩擦焊设备及原理
摘要：文章介绍了线性振动摩擦焊接技术原理及设备构成，线性振动摩擦焊接适用于各种热塑性材料连接,是先进的焊接方法。可焊接大型、形状复杂及装配形状不规则的焊接件。具有众多优点。被誉为绿色焊接技术。
关键词：线性振动摩擦焊；原理；设备Abstract: This paper introduces linear vibration friction welding technology and equipment constitute a principle. Linear vibration friction welding to connect all kinds of thermoplastic materials. Is an advanced welding methods. Welding can be large, complex shape and welding assembly irregularly shaped pieces. Has many advantages. Hailed as the green welding technology.Key words: Linear Vibration Friction Welding；Elements；Equipment1、引言线性振动摩擦焊接是基于摩擦焊的原理而新开发的一种焊接技术。适于精密熔接尺寸较大、形状特殊、难熔材质的产品。振动摩擦焊不受热塑材料的影响，由于它不使用另外的连接件或结合剂就能将各式各样的热塑性零件按工艺焊接起来，提高了产品的质量，降低了企业的成本、减少了环境污染。其优质、高效、低耗环保的突出优点，适应了企业大规模自动化生产的需求。2、线性振动摩擦焊接原理使两个压紧在一起的塑料焊件，保持一定的工作压力，振动其中的一个，使其相对另一个做往复位移运动，通过接触面之间、分子间的摩擦，使结合处温度剧升。当温度高到足以使塑料熔化时，使其在固定压力下固化，形成均匀的焊接。两个被焊接的零件必须是相同的热塑料材料，不同材料间的焊接质量不是很好。图1为振动摩擦焊接原理图图1 振动摩擦焊接原理图摩擦压力和往复运动频率是影响振动摩擦焊接质量的主要因素。当摩擦压力和往复运动频率增加时，焊接热量输入也随之显著增加。由于材料变形的局部性和不均匀性，压力过大则会影响焊接件往复运动的稳定性，同时也会增加塑性焊接件的流出量，使飞边增大，因此，不能采用太大的压力值。在保证运动平稳的条件下，提高往复运动的频率是增加热输入和提高焊缝质量最有效的方法。摩擦时间也是线性摩擦焊接过程中的一个重要参数，但延长摩擦时间不是增加热量输入的最有效方法。因为热传导、对流及高温塑性焊接件的挤出等因素的存在，使得焊接过程中存在一热输入热输出的平衡点。在热平衡之前，增加摩擦时间对增加热输入有效，而在热平衡点之后，增加摩擦时间对热输入作用不大。因此以焊接深度的大小为焊接结束的标准较为可靠。3、设备工作过程及结构两个被焊零件中一个安装在升降台的固定夹具上，另一个安装在和振动器相连的夹具上，升降台启动，做垂直升降运动，由液压系统提供动力并控制工作压力。两个焊接件由升降台压紧在一起，在受压的状态下，振动电源驱动振动器振动，使两个焊接件间产生摩擦热，经过几秒后将两件焊接在一起。停止振动保持压力，熔化的焊接件在压力下短时间内被冷却下来并固化。最后升降台下降并回到卸荷的初始等待位置。本系统由PLC控制器、振动电源、振动器、液压系统、气动系统、人机界面、检测部分等7个主要部分构成。控制系统结构如图2所示。图2 控制系统结构示意图振动电源采用德国VECTRON公司的VCB400-010型频率转换器。它能将频率为50Hz交流电能转换成频率为100Hz~250 Hz的高频电能。具有频率设置、自动调谐、信号反馈、故障报警、振幅设置和检测等功能。振动器是将振动能量源提供的高频电能转换成双向线形的机械振动。它被安装在机器框架的高强度橡胶垫上，由铸铁框架、弹簧组、两个励磁线圈和一组驱动磁铁。弹簧是悬臂式的束状弹簧，有整块高强度的合金加工成的。弹簧的一端与机器框架固定，另一端与夹具相连。振动电源向激励线圈以一定频率交替输入电能，使振动器振动，振动频率和弹簧质量和刚度有关。如果施加的电能频率和系统的共振频率相同，能量消耗为最小。振动器的结构如图3所示。对应不同的夹具，振动器系统有不同的共振频率。这个共振频率是由振动器上的弹簧刚度和连接在弹簧上部件重量决定的。振动器的型号为：VW-2，振动频率在100Hz~250 Hz之间，振动位移幅度在0~1.8mm之间。图3 振动器的结构示意图液压系统的主要功能是通过液压缸的驱动力，驱动工作台做垂直升降运动，给被焊接塑料件提供焊接压力，使两个塑料件能稳定的压在一起。液压站为TOKIMEC公司制作，液压缸为PARKER公司制作。传动系统由升降台、两根导向轴、四个直线轴承和液压缸构成。升降台上装有下夹具。升降台的运动位置及速度由安装在框架上的三个位置传感器确定。该三个位置传感器按高度方向布置为上、中、下三处。最下面的位置传感器为升降台的初始工作位置，中间的位置传感器用来降低升降台的运动速度，升降台升到该位置时降低运动速度，使上下夹具可以慢慢合拢。最上面的位置传感器为焊接开始位置。焊接过程完成后，升降台以快速下降到初始位置。气动系统由开关阀、气动三联体、三位五通阀、2节流阀、消音器、汽缸、负压发生器等构成。主要用来驱动安全门的开关运动，焊接工件的定位夹紧。检测部分包括各种接近开关、光电开关、行程开关、位移开关，这些开关起到焊接工件的定位、操作者保护以及焊接深度检测等作用。人机界面在控制系统中起设定工作参数，显示各种信息和结果的作用。机器的操作都将通过人机界面来实现。它有以下工作界面供操作者使用： 1）、自动模式界面：进行自动化操作。2）、手动模式界面：进行手工分步操作。3）、自动调谐界面：自动地寻找夹具的工作频率。4）、手动调谐界面：手动寻找夹具的工作频率。5）、参数设定界面：用以设定焊接时间、工作深度、振幅和压力等参数，存储和调用各组参数。6）、报警记录界面：可以显示报警信息的记录。7）、数据记录界面：记录焊接时的各种参数数据。PLC控制器用于设备的过程控制、信号采集、数据参数处理。4、结束语线性振动摩擦焊所需功率仅及传统焊接工艺的1/5～1/15，焊接过程不产生烟尘或有害气体，不产生飞溅，没有孤光和火花，没有放射线。由于具有焊接质量好、效率高、节能、节材、低耗、环保、无污染等优点，线性振动摩擦焊技术被誉为绿色焊接技术，值得大力推广。篇4：Ti-17线性摩擦焊接头的组织与性能分析
Ti-17线性摩擦焊接头的组织与性能分析
利用自制的XMH-160型焊机对Ti-17合金进行了线性摩擦焊工艺试验,并对焊后试件进行了拉伸性能试验和接头组织分析.结果表明,接头的强度较高(接近母材),但塑性指标偏低;焊缝区为细条状且呈相间分布的α+β细晶组织.通过对试件的'拉伸断口进行分析,讨论了接头塑性指标偏低的主要原因.
作 者：马铁军 张云霞 杨思乾 张勇 谢红霞 作者单位：西北工业大学材料学院 刊 名：航空制造技术 ISTIC英文刊名：AERONAUTICAL MANUFACTURING TECHNOLOGY 年，卷(期)： “”(z1) 分类号：V2 关键词：Ti-17 钛合金 线性摩擦焊 机械性能 显微组织篇5：摩擦塞焊及其研究现状
摩擦塞焊及其研究现状
阐述了摩擦塞焊的原理、优点,说明了该技术在国内外的研究现状和应用情况,指出了深入研究该技术的必要性.
作 者：季亚娟 Ji Yajuan 作者单位：北京航空制造工程研究所 刊 名：航空制造技术 ISTIC英文刊名：AERONAUTICAL MANUFACTURING TECHNOLOGY 年，卷(期)： “”(24) 分类号：V2 关键词：焊接 摩擦塞焊 应用篇6：连续驱动摩擦焊基本原理
1． 焊接过程 连续驱动摩擦焊接时，通常将待焊工件两端分别固定在旋转夹具和移动夹具内，工件被夹紧后，位于滑台上的移动夹具随滑台一起向旋转端移动，移动至一定距离后，旋转端工件开始旋转，工件接触后开始摩擦加热，此后，则可进行不同的控制，如时间控制或摩擦缩短量（又称摩擦变形量）控制。当达到设定值时，旋转停止，顶锻开始，通常施加较大的顶锻力并维持一段时间，然后，旋转夹具松开，滑台后退，当滑台退到原位置时，移动夹具松开，取出工件，至此，焊接过程结束。 对于直径为16mm的45号钢，在r/min转速、8.6MPa摩擦压力、0.7s摩擦时间和161MPa的顶锻压力下，整个摩擦焊接过程如图10所示。从图中可知，摩擦焊接过程的一个周期可分成摩擦加热过程和顶锻焊接过程两部分。摩擦加热过程又可以分成四个阶段，即初始摩擦、不稳定摩擦、稳定摩擦和停车阶段。顶锻焊接过程也可以分为纯顶锻和顶锻维持两个阶段。（1）初始摩擦阶段（t1） 此阶段是从两个工件开始接触的a点起，到摩擦加热功率显著增大的b点止。摩擦开始时，由于工件待焊接表面不平，以及存在氧化膜、铁锈、油脂、灰尘和吸附气体等，使得摩擦系数很大。随着摩擦压力的逐渐增大，摩擦加热功率也慢慢增加，最后摩擦焊接表面温度将升到200～300℃左右。 在初始摩擦阶段，由于两个待焊工件表面互相作用着较大的摩擦压力和具有很高的相对运动速度，使凸凹不平的表面迅速产生塑性变形和机械挖掘现象。塑性变形破坏了界面的金属晶粒，形成一个晶粒细小的变形层，变形层附近的母材也沿摩擦方向产生塑性变形。金属互相压入部分的挖掘，使摩擦界面出现同心圆痕迹，这样又增大了塑性变形。因摩擦表面不平，接触不连续，以及温度升高等原因，使摩擦表面产生振动，此时空气可能进入摩擦表面，使高温下的金属氧化。但由于t1时间很知，摩擦表面的塑性变形和机械挖掘又可以破坏氧化膜，因此，对接头的影响不大。当焊件断面为实心圆时，其中心的相对旋转速度为零，外缘速度最大，此时焊接表面金属处于弹性接触状态，温度沿径向分布不均匀，摩擦压力在焊接表面上呈双曲线分布，中心压力最大，外缘最小。在压力和速度的综合影响下，摩擦表面的加热往往从距圆心半径2/3左右的地方首先开始。 （2）不稳定摩擦阶段（t2） 不稳定摩擦阶段是摩擦加热过程的一个主要阶段，该阶段从摩擦加热功率显著增大的b点起，越过功率峰值c点，到功率稳定值的d点为止。由于摩擦压力较初始摩擦阶段增大，相对摩擦破坏了焊接金属表面，使纯净的金属直接接触。随着摩擦焊接表面的温度升高，金属的强度有所降低，而塑性和韧性却有很大的提高，增大了摩擦焊接表面的实际接触面积。这些因素都使材料的摩擦系数增大，摩擦加热功率迅速提高。当摩擦焊接表面的温度继续增高时，金属的塑性增高，而强度和韧性都显著下降，摩擦加热功率也迅速降低到稳定值d点。因此，摩擦焊接的加热功率和摩擦扭矩都在c点呈现出最大值。在45号钢的不稳定摩擦阶段，待焊表面的温度由200～300℃升高到1200～1300℃，而功率峰值出现在600～700℃左右。这时摩擦表面的机械挖掘现象减少，振动降低，表面逐渐平整，开始产生金属的粘结现象。高温塑性状态的局部金属表面互相焊合后，又被工件旋转的扭力矩剪断，并彼此过渡。随着摩擦过程的进行，接触良好的塑性金属封闭了整个摩擦面，并使之与空气隔开。 （3）稳定摩擦阶段（t3） 稳定摩擦阶段是摩擦加热过程的主要阶段，其范围从摩擦加热功率稳定值的d点起，到接头形成最佳温度分布的e点为止，这里的e点也是焊机主轴开始停车的时间点（可称为e′点），也是顶锻压力开始上升的点（图10的ƒ点）以及顶锻变形量的开始点。在稳定摩擦阶段中，工件摩擦表面的温度继续升高，并达到1300℃左右。这时金属的粘结现象减少，分子作用现象增强。稳定摩擦阶段的金属强度极低，塑性很大，摩擦系数很小，摩擦加热功率也基本上稳定在一个很低的数值。此外，其它连接参数的变化也趋于稳定，只有摩擦变形量不断增大，变形层金属在摩擦扭矩的轴向压力作用下，从摩擦表面挤出形成飞边，同时，界面附近的高温金属不断补充，始终处于动平衡状态，只是接头的飞边不断增大，接头的热影响区变宽。 （4）停车阶段（t4） 停车阶段是摩擦加热过程至顶锻焊接过程的过渡阶段，是从主轴和工件一起开始停车减速的e′点起，到主轴停止转动的g点止。从图10可知，实际的摩擦加热时间从a点开始，到g点结束，即tƒ＝t1+t2+t3+t4。尽管顶锻压力从ƒ点施加，但由于工件并未完全停止旋转，所以g′点以前的压力，实质上还是属于摩擦压力。顶锻开始后，随着轴向压力的增大，转速降低，摩擦扭矩增大，并再次出现峰值，此值称为后峰值扭矩。同时，在顶锻力的作用下，接头中的高温金属被大量挤出，工件的变形量也增大。因此，停车阶段是摩擦焊接的重要过程，直接影响接头的焊接质量，要严格控制。 （5）纯顶锻阶段（t5） 从主轴停止旋转的g(或g′)点起，到顶锻压力上升至最大位的h点止。在这个阶段中，应施加足够大的顶锻压力，精确控制顶锻变形量和顶锻速度，以保证获得优异的焊接质量。 （6）顶锻维持阶段（t6） 该阶段从顶锻压力的最高点h开始，到接头温度冷却到低于规定值为止。在实际焊接控制和自动摩擦焊机的程序设计时，应精密控制该阶段的时间tu（tu＝t3+t4）。在顶锻维持阶段，顶锻时间、顶锻压力和顶锻速度应相互配合，以获得合适的摩擦变形量△Iƒ和顶锻变形量△Iu。在实际计算时，摩擦变形速度一般采用平均摩擦变形速度（△Iƒ/tƒ），顶锻变形速度也采用其平均值〔△Iu/（t4+t5）〕。 总之，在整个摩擦焊接过程中，待焊的金属表面经历了从低温到高温摩擦加热，连续发生了塑性变形、机械挖掘、粘接和分子连接的过程变化，形成了一个存在于全过程的高速摩擦塑性变形层，摩擦焊接时的产热、变形和扩散现象都集中在变形层中。在停车阶段和顶锻焊接过程中，摩擦表面的变形层和高温区金属被部分挤碎排出，焊缝金属经受锻造，形成了质量良好的焊接接头。 2． 摩擦焊接产热 摩擦焊接过程中，两工件摩擦表面的金属质点，在摩擦压力和摩擦扭矩的作用下，沿工件径向与切向力的合成方向作相对高速摩擦运动，在界面形成了塑性变形层，
该变形层是把摩擦的机械功转变成热能的发热层，它的温度高、能量集中，具有很高的加热效率。（1）摩擦加热功率 摩擦加热功率的大小及其随摩擦时间的变化，决定了焊接温度及其温度场的分布，直接影响接头的加热过程、焊接生产率和焊接质量，同时也关系到摩擦焊机的设计与制造。摩擦加热功率就是焊接热源的功率，它的计算与分布如下： 对圆形的焊接工件，假设沿摩擦表面半径方向的摩擦压力pƒ和摩擦系数μ为常数。为了求出功率分布，在摩擦表面上取一半径为r的圆环，该环的宽度为dr（图11），其面积为dA，则dA＝2πrdr，则作用在圆环上的摩擦力为 dF＝pƒμdA＝2πpƒμrdr （4） 以O点为圆心的摩擦扭矩为 dM＝rdF＝2πpƒμr2dr （5） 圆环上的摩擦加热功率为 dP≈1.02dM×10-3n （6） 摩擦加热功率沿接合面半径R方向上的分布dP/dr如图11所示。加热功率在圆心处为零，在外边缘最大。 将式（5）、式（6）积分，可以得到摩擦焊接表面上总的摩擦扭矩和加热功率为 M＝2πpƒμR3/3 （7） P＝2×10-3πpƒnμR3/3 （8） 式中 M——摩擦扭矩； P——摩擦加热功率； pƒ——摩擦压力； n——工件转速； μ——摩擦系数； r——圆环半径； R——待焊工件半径。 实际上pƒ（r）不是常数，在初始摩擦阶段和不稳定摩擦阶段的前期，摩擦表面还没有全面产生塑性变形，主要是弹性接触，摩擦压力在中心高，外圆低。因此沿摩擦焊接表面半径R的摩擦加热功率最大值不在外圆，而在距圆心2/3R左右的地方，这一点不仅符合计算结果，也被试验所证实。在稳定摩擦阶段，摩擦表面全部产生塑性变形，成为塑性接触时，pƒ（r）才可以认为等于常数。此外，μ（r）在初始摩擦阶段和不稳定摩擦阶段也不是常数，由高温金属组成的高速塑性变形层热源，在距圆心1/2～1/3半径处形成环状加热带，随着摩擦加热的进行，环状加热带向圆心和外圆迅速展开，当进入稳定摩擦阶段时，摩擦表面的温度才趋于平衡，此时可以认为μ（r）是常数。 摩擦表面上总的加热热量为式中 Q——接合面总的摩擦加热热量； t——摩擦时间； to——摩擦加热开始时间（设to＝0）； tn——实际摩擦加热时间； k——常数。 （2）摩擦焊接表面温度 摩擦焊接表面的温度会直接影响接头的加热温度、温度分布、摩擦系数、接头金属的变形与扩散。其加热面的温度由摩擦加热功率和散热条件所决定。 在焊接圆断面工件时，摩擦焊接热源被认为是一个线性传播的连续均布的面状热源。如果不考虑向周围空间的散热，根据雷卡林的焊接热过程计算公式，同种金属摩擦焊接表面的温度为式中 T(O,t)——摩擦焊接表面温度（O表面热源中心，t是摩擦加热时间）； q2——单位面积上的加热热量； λ——焊件热导率； c——焊件热容。 在式（10）中，如果选定焊接所需要的温度为Tw，热源温度升高到Tw所需要的摩擦加热时间为tƒ′，则该式可以写成 tƒ′q22＝cπλT2w＝常数 （11） 从式（11）可以看出，当Tw和tƒ′确定以后，能够计算出q2的数值，并可以根据q2的要求选择焊接参数。式（10）和式（11）适合于计算以稳定摩擦阶段为主的摩擦加热过程。 实际上，不论何种材料的摩擦焊接，摩擦表面的最高温度是有限制的，不能超过焊件材料的熔点，此外，在采用式（10）和式（11）进行运算时，还应该考虑到摩擦焊接表面温度与加热功率之间的内在联系、相互制约及摩擦加热功率随摩擦时间变化的特殊规律。
篇7：搅拌摩擦焊技术（三）－FSW的温度分布和焊缝金属组织
搅拌摩擦焊时，由机械旋转的搅拌头与被焊金属摩擦产生的热能传输给被焊金属，焊缝金属在搅拌力的驱动下产生塑性流动，焊缝组织受到强塑性流动的影响，导致焊缝结晶的微细化，也许局部伴有粗大化。搅拌摩擦焊接头组织和其温度分布密切相关，因此必须要注意搅拌指棒的形状，对焊缝热循环的影响。
（一）焊缝区的温度分布搅拌摩擦焊的温度分布的测定是不容易的。因为，在采用热电偶测量焊接接头温度分布时，焊缝中金属的强塑性流动，使得热电偶端头易产生损坏。目前多是在焊缝区附近或热影响区进行测量。图2-15为Backland等学者在板厚为4mm的A6063T6铝合金、搅拌头直径为15mm的情况测得的焊接接头的热循环曲线。从图中可以看到，离焊缝中心线2mm处的温度大于500oC。日本有人经过试验得到纯铝焊缝区的温度最高为450oC。由于铝的熔化温度为660oC，可以认为是在熔点以下的温度发生塑性流动。英国焊接研究所试验结果表明焊缝区的最高温度为熔点的70%，纯铝最高温度不超过550oC。总之，纯铝搅拌摩擦焊接时焊缝区的最高温度在500oC左右。热传导计算结果与以上的实测值基本一致。图2-15 A6063-T6合金搅拌摩擦焊的热循环曲线搅拌指棒的温度是一个很重要的问题，至今还没有实测数据。因为搅拌指棒要在焊缝金属内旋转，测量十分困难。有人在被焊金属固定的情况下，将旋转的搅拌指棒压入到板厚为12.7mm的6061-T6铝中，测量距搅拌指棒的端部0.2mm处的温度，并根据这个温度，用计算机仿真的方法仿真出搅拌指棒外围的温度。在搅拌指棒的直径为5mm，长为5.5mm的条件下，其仿真结果如图2-16所示。根据搅拌指棒压入的速度可以推定，约24秒搅拌指棒全部压入到被焊金属中。从图2-16可以看出，从15秒后到24秒，搅拌指棒外围温度为一常数约580oC，即达到6061合金固相线温度。在搅拌摩擦焊时搅拌指棒的温度不能高于以上温度，因为搅拌指棒的高温剪切强度或高温抗疲劳强度就处于这个温度范围。也可以看到，搅拌指棒外围区的温度比上述的焊缝金属的温度高出几十摄氏度。图2-16 搅拌指棒外围温度的仿真计算结果焊接速度：0.5mm/min 板厚：4mm 搅拌头直径：15mm（二）仿真计算结果由于焊缝内搅拌区的温度是很难测量的，因而有人在研究残余应力分布时，用仿真的方法计算出其温度。图2-17所示是A6063铝合金搅拌摩擦焊焊缝区的温度分布仿真计算结果。图中的斑点为搅拌头的肩部区，图中的曲线为等温线，曲线上的数字是此等温线的最高温度。但是由于采用的铝的高温物理性能、粘度等的数据不十分精确，仿真结果与实际的温度分布会有一定的差别。图2-17 搅拌摩擦焊焊缝区的等温线（板厚：5mm）焊接速度对温度分布有相当大的影响。对于FSW来说，由于热源在固体中移动，在焊缝中心部最高温度的上限不会超过母材的固相线温度。由计算得出的焊接速度对焊缝最高温度的影响如图2-18所示。从图可以看出，在低速焊接情况下，焊缝的最高温度为490oC；在高速焊接时焊缝的最高温度为450oC。从以上结果可以看出，在低速焊接和高速焊接下，虽然焊缝的最高温度温差并不大，但在实际搅拌摩擦焊时高速焊接是困难的，因为母材热输入低，焊缝金属塑性流动性不好，易造成搅拌头破损。最佳焊接规范的制定，是以在适当的摩擦热的作用下焊缝金属发生良好的塑性流动为依据。图2-18 焊接工艺参数对最高温度的影响图（三）焊接时的热量计测日本有人对板厚为4mm的6N01铝合金的搅拌摩擦焊过程中的热量进行了测量，其方法是把在焊接过程中产生的热用水吸收，用温度计测量水温来进行测量搅拌摩擦焊过程中的热量，测量中不考虑焊缝背面垫块等的热损失。图2-19表示出了在相同的焊接速度和工件完全熔透的情况下，FSW和MIG焊的焊接热输入，FSW的热输入范围为120~230J/mm，它大约是MIG焊焊接热输入的一半。图2-19 FSW和MIG焊4mm铝合金焊接热输入的比较在搅拌摩擦焊焊接时，分别测量搅拌指棒和肩部的温度，然后由测得的温度循环换算为热量。也可以采取简单的方法计算，即在最高温度下组织变化的截面积与比热容、密度相乘。其计算结果如图2-20所示。从图中可以看出，对母材总的热输入量随着焊接速度的增大和搅拌头旋转速度的降低而降低。图2-20 搅拌摩擦焊焊接速度对热输入的影响搅拌指棒形状以及肩部直径对总的热输入量也有很大的影响，搅拌头的搅拌指棒及肩部直径越大，使总的热输入量变大。这样的趋势在焊接6000系及2000系铝合金时是一样的。 根据图4-20给出的结果，把总热输入分为搅拌指棒和肩部各自产生的热量进行比较，比较结果如图2-21所示。它是用不锈钢制造的搅拌头焊接的结果。有图可以看到，搅拌指棒的发热量为总的热输入的55~60%。这个发热量的比率在转速800~1600rpm的情况下几乎不受影响。最近，带有螺纹的搅拌指棒已经用于生产，这种搅拌指棒对产热的影响特别明显。图2-21 焊接速度对搅拌指棒和肩部热量的影响（四）焊缝区的组织搅拌摩擦焊焊缝由于是在摩擦热和搅拌指棒的强烈搅拌共同作用下形成的，焊缝金属组织与其它焊接方法的焊缝相比有很多特点。搅拌摩擦焊焊缝的宏观断面经腐蚀后进行观察，其断面形状可分为2种，一种断面形状为圆柱状；另一种为熔核状（焊点）。大多数FSW焊缝为圆柱状或它的变形的绕杯状；而焊点状的断面多发生于高强度和轧制加工性不好的如7075A、5083铝合金合金的搅拌摩擦焊焊缝中。图2-22是接头的宏观断面，由图可以看出，焊接断面为一倒三角形，其中心区是由搅拌指棒产生的摩擦热和强烈搅拌作用下形成的，其上部是由摩擦搅拌头的肩部与母材表面的摩擦热而形成的。焊缝没有增高，通常与母材表面平齐稍微有些凹陷。图2-22 接头的宏观断面图2-23所示是搅拌摩擦焊焊接接头组成的划分。它是根据如图2-23所显示的焊接接头的金相组织进行观察而划分的。搅拌摩擦焊焊接接头依据金相组织的不同分为四个区域。即图中A区为母材，B区为热影响区， C区为塑性变形和局部再结晶区，D区即焊缝中心区为完全再结晶区。图2-23搅拌摩擦焊焊接接头组成根据对搅拌摩擦焊焊缝金相组织的观察，在C区可以看到部分晶粒发生了明显的塑性变形和部分再结晶。D区是一个晶粒非常细小的焊核区域。此区域的焊缝金属经历了完全再结晶的过程。通过观察A5005铝合金搅拌摩擦焊焊缝金相组织，在焊缝中心区发现了等轴结晶组织，如图2-24所示。但是晶粒细化不很明显，晶粒大小多在20~30μm。这是由于热输入过大，产生过热而造成的。图2-24 搅拌摩擦焊焊缝中心的等轴等轴结晶图图2-25是搅拌摩擦焊焊缝微观组织照片。它是2024铝合金和AC4C铸铝的异种金属搅拌摩擦焊接头。由于圆柱状的焊缝金属的塑性流动，出现环状组织，称为洋葱状环组织。这种洋葱状环组织是FSW焊接接头特有的组织。图2-25 搅拌摩擦焊焊缝微观断面（A5005铝合金 板厚6mm）对于FSW来说，由于对焊缝给予摩擦热加之旋转搅拌，产生强烈的塑性流动，其焊缝为非熔化状态，所以归类为固相焊接。但Bjorneklett等研究发现，在搅拌头的肩部正下方温度高，对于7030铝合金搅拌摩檫焊来说，焊缝为固液共存状态。由于搅拌头肩部正下方焊缝金属的温升为330oC/s，造成局部熔化现象也是可能的。篇8：搅拌摩擦焊技术研究与应用
搅拌摩擦焊技术研究与应用
陈湘陵 谢振中
课 题：湖南省科技厅自然科学课题，课题编号：CK3056。
搅拌摩擦焊技术，即Friction Stir Welding，简称FSW。其作为固态连接技术范畴内的新型焊接技术，自CJ?Dawes等科学家正式宣布发明之后，以其较好的使用性能很快被推广开，并应用于各个方面，特别是在一些重工业，例如核电核能、航空航天、车辆船舶等。由于搅拌摩擦焊接技术本身的发展需要，加之其独特性与不可替代性，都将会是未来焊接技术发展必然方向之一。本文概述搅拌摩擦焊技术相关概念，同时介绍焊接技术在国内外的发展趋势，还较为详细地分析了该技术在航天、船舶、道路交通之中的应用，为提高并强化搅拌摩擦焊技术的理论基础尽一份小小的薄力，促进搅拌摩擦焊技术的发展。
一、搅拌摩擦焊技术概述
1.搅拌摩擦焊技术简介及原理
作为新技术的搅拌摩擦焊（ 该项专利技术由T h eWelding Institute，即英国焊接研究所开发，开发时间1991年），与常规摩擦焊相比，虽然焊接热源同是利用摩擦热产生，但是其最大的不同之处就在于利用高速旋转搅拌头缓慢插入到被焊工件的待焊部位，利用搅拌头和被焊材料之间的摩擦阻力而产生的摩擦热，高温软化连接部位材料，并在搅拌头轴肩的压力作用下，达到工件间永久性连接的目的。该技术是以固相连接工艺实现的焊接技术。
2.搅拌摩擦焊技术优点
与传统焊接方法相比，搅拌摩擦焊技术具有以下几个优点。
一是焊前不需进行复杂的准备，被焊材料不熔化，焊接接头性能优良，固相连接接头强度高，可实现全方位焊接；
二是焊接过程可靠性高，尺寸精度高，生产率高，成本低且节能；
三是具有广泛的工艺适应性，能有效减小或消除冶金化学反应问题，能焊接性能差异很大的异种金属材料，亦可焊接同一台设备的金属和非金属材料；
四是安全环保，焊接过程整洁，不会产生飞溅、辐射的情况，或产生有害物质。
二、搅拌摩擦焊技术研究现状
1.国外研究现状
在国外，搅拌摩擦焊接技术的发展已是十分成熟，理论体系也较为系统。但目前的搅拌摩擦焊的研究和应用主要还是铝合金、钢材等高熔点材料。而最早提出的英国焊接研究所早已在世界各国申请专利，寻求知识产权的保护，并向世界许多机械行业的科研院、大学或公司授权搅拌摩擦焊接技术的非独占性专利许可。各国研究人员在此基础上，又加快了设备的研制和材料搅拌摩擦焊接的工程化实验技术，以及多样化焊接接头形式的研究。
例如，美国航空航天局的Delta系列火箭与Eclipse小型商务机，以及阿里亚娜火箭发动机、日本新干线等等。而在挪威，已用该技术焊接快艇的长为20m的铝合金结构件；美国洛克希德-马丁航空航天公司用该技术焊接了航天飞机外部储存液态氧的低温容器，在马歇尔航天飞行中心，也已用该技术焊接了大型圆筒形容器。
2.国内研究现状
早在，我国就已展开了搅拌摩擦焊技术的研究，并在的第九届全国焊接学术会议上，以及出版的新版《焊接手册》中介绍了该项技术。此后，由关桥院士主持在航天系统开展搅拌摩擦焊技术的.研究和应用；4月份，“中国搅拌摩擦焊接中心”在北京饭店成立，被英国焊接研究所授予独家许可权，即拥有发放和管理中国区域的搅拌摩擦焊接技术的专利许可。直至今日，研究搅拌摩擦焊接技术与设备的学院、研究所已达到20几家单位，其中包括有清华大学、南昌航空工业学院、哈尔滨理工大学、中科院沈阳金属所等。
历经几十年的发展，该技术在国内已经具备了从工艺、设备、控制、检验等整套完备的专业技术规模，并且在基础理论研究上也形成了一定的独立体系。我国科技工作者高度重视，除了对搅拌摩擦焊的机理、力学性能、搅拌头等展开深入研究外，还先后开展了对铝合金紫铜、PVC塑料、钛合金、镁合金等材料搅拌摩擦焊工艺的研究。
三、搅拌摩擦焊技术应用现状
1.航空应用
在航空领域中，自1995年，美国、日本、英国等发达国家开展了对FSW在航天工业中的应用性研究后，便开始一系列的研究与应用。例如，飞机制造零部件的装配一改传统的铆接和螺栓连接技术，采用FSW，不仅可提高制造速度，同时又能减轻飞机结构重量。而目前波音公司已经成功实现了飞机门的曲线FSW焊接，战斗机裙翼上薄板T形接头的搅拌摩擦焊连接，并用FSW焊接生产了DeltaⅡ和Ⅲ运载火箭的贮箱等等。巴西航空工业公司采用了FSW技术为莱格赛500喷气公务机实现了首次应用。FSW技术的出现为航空航天工业设计和制造提供了一种新的方法和途径，并逐步投入到实际生产过程中。
2.船舶应用
在船舶工业中，FSW的应用主要是船舶甲板、侧板，以及水上观测站、防水壁板、船体外壳、主体结构件等的制造，还有直升机降落平台、海洋运输结构件等。此技术的应用，特别是在船舶轻合金预成形结构件上的应用，不仅能减少铆接和弧焊连接所带来的时间、人力和物力上的浪费，还能有效地减少铝合金熔焊时所产生变形、缺陷和烟尘等问题，是促使船舶制造技术发展和革命性变化的重要角色，为现代船舶制造提供了新的连接方法，也是现代焊接技术发展的又一次飞跃。例如，由挪威Gydro MarineAluminium铝板厂生产的无缺陷FSW铝板，用于船舶的甲板、壳体、船舱壁等部位的焊接；日本住友轻金属公司采用FSW生产的铝质蜂窝结构板件和耐海水板材等等。
3.陆路交通应用
在陆路交通上，FSW主要的应用领域为高速或轨道列车，以及地铁车厢、有轨电车，汽车的引擎、底盘、轮毂、车身支架、载货车尾部升降平台、汽车起重器，以及装甲车的防护甲板等等。而法国Alstom、丹麦DanStir正致力于车辆部件FSW工业化的研究；日立公司市郊特快列车车辆的单层和双层挤压件连接时也采用FSW技术；日本住友轻金属公司已将FSW工艺用于地铁车辆，并生产FSW焊接板用于日本新干线车辆的制造。
，在我国，FSW在列车制造领域应用取得了突破性进展。例如，中国搅拌摩擦焊中心通过静龙门式搅拌摩擦焊设备实现车钩座的批量化焊接应用；南车集团株洲电力机车厂研制的地铁车厢侧墙壁板通过了技术鉴定，并首次在广州三号地铁车辆中投入了批量化制造。
四、结论
随着人们对搅拌摩擦焊技术认识的提高，除了在以上所述三个方面之外，在其他如铝合金桥梁、装饰板、发动机壳体、电气连接件等方面，FSW也将会有广泛的应用。因此，如何提高焊接的速度，提高接头的性能，有效地降低成本……都是我们业内人士必须要认真思考的问题。笔者相信，随着我们进一步地深入研究，FSW会朝着更为成熟、多元的方向发展，并被广泛地应用于人们日常生活、工作、学习的各个方面。
（作者单位：湖南化工职业技术学院）
篇9：搅拌摩擦焊技术（二）－搅拌摩擦焊工艺
1.接头形式
关于这种新焊接方法的接头形式，推荐如图2-5所示的各种接头形状，搅拌摩擦焊技术（二）－搅拌摩擦焊工艺
。通常搅拌摩擦焊采用平板对接和搭接形式进行焊接。 它也可实现多种接头的焊接，如多层对接、多层搭接、T形接头、V形接头、角接等，并在实际工业制造中得到了应用。对于角接来说，由于此种焊接方法焊接的焊缝没有增高，原来的接头设计标准已不适用，必须对接头侧的形状进行很好的设计，才能实现焊接。由图2-5（d）可以看到，多重板可实现一次焊接，这是此种焊接方法的一大优点。图2-5 搅拌摩擦焊接头形状图除了以上典型接头形式外，经过不断的开发研究，针对不同的结构零件，研究人员设计了多种其它接头形式，如图2-6所示。图2-7所示为热容量差较大的厚大工件与小薄件的焊接接头。厚大工件为铸态材料，薄件为轧制板材。工业生产中，搅拌摩擦焊不仅可以焊接筒形零件的环缝和纵缝，还可以实现全位置空间焊接，如水平焊、垂直焊、仰焊以及任意位置和角度的轨道焊。图2-7 不同厚度的铸铝和锻铝的搅拌摩檫焊接头的宏观断面2. 工艺参数的选择(1)焊接速度焊接速度是根据搅拌头的形状和被焊金属来定。几乎与MIG焊相同，或稍比MIG焊快一些，一般为30-100cm/min不同的被焊金属在不同板厚情况下最大焊接速度如图2-8所示。由图可以看出，在板厚为5mm时，焊接铝的焊速最大为700mm/min；焊接铜的焊速为100mm/min；焊接铝合金时焊速处于500mm/min∽150mm/min范围内；异种铝合金的焊接焊速极低。镁的材料常数为400，比系铝合金的材料常数600还低，所以推荐在低速下进行焊接。图2-8 各种材料的搅拌摩擦焊临界焊接速度计算值焊接速度也可用如下公式进行计算：（mm/min）式中 ΦFSW: 材料常数；ΨFSW: 搅拌棒常数，通常为1，高效率的搅拌头可取为2；t: 板厚, 单位为mm材料常数ΦFSW的大小，除了以上给出的一些金属的数据外，可通过图2-8的数据用以上公式换算出来。在使用以上公式计算时，一定要注意，t是以mm为计量单位的无量纲数带入的。搅拌摩擦焊的焊接速度也与搅拌头转速有关，搅拌头的转速与焊接速度可在比较大的范围内选择，只有焊接速度与搅拌头转速相互配合才能获得良好的焊缝。图2-9为5005铝镁合金的搅拌摩擦焊焊接速度与搅拌头转速的关系图，从图中可以看出，焊接速度与搅拌头的转速存在一最佳范围。在高转速低焊接速度的情况下，由于接头获得了搅拌过剩的热量，焊缝金属由肩部排出形成飞边，使焊缝外观显著不良。在低转速或高焊速度范围内，由于获得的热量不足，焊缝金属的塑性流动不好，焊缝会产生空隙（中空）状的缺陷，乃至产生搅拌指棒的破损。最佳范围因搅拌头特别是搅拌指棒的形状不同而不同。对于同一合金材料的搅拌摩擦焊，目前都是在适合范围内的较高焊速下进行施焊。图2-9 5005铝合金搅拌摩擦焊的最佳规范图图2-10为不同合金的最佳焊接规范参数。由图可以看出，6000系Al-Si-Mg铝合金（6N01）的搅拌摩擦焊的工艺适用性比5000系Al-Mg合金适用范围要大得多。图2-10 各种铝合金的搅拌摩擦焊的最佳规范参数(2) FSW的热输入搅拌摩擦焊的热输入是以搅拌头的转速与焊接速度之比来表示，即1mm焊缝长度的搅拌头的转数，相对于电弧焊的焊接热输入定义来说，搅拌摩擦焊的热输入不是单位能的概念。搅拌摩擦焊是把机械能转变成热能，它的产热与搅拌头的转速大小有关。因而以搅拌头的转速与焊接速度的比值大小，可定性的说明在搅拌摩擦焊焊接过程中对母材热输入的大小。比值越大，说明对母材的热输入越大。此值的大小，也对应着被焊金属焊接的难易程度。搅拌头的转速与焊速的比值，一般在2～8之间。搅拌摩擦焊的热输入在此值范围内，可获得无缺陷的优良焊接接头。搅拌摩擦焊对母材的热输入即搅拌头的转速与焊速的比值，根据被焊合金不同而取不同的数值。在实际生产中，焊接5083铝合金时此值可以取较小的值，焊接7075铝合金时可以取稍大一些，焊接2024铝合金时此值可以取较大的值。在实际应用时此比值不能取得过小，如果过小，焊缝会产生缺陷。(3)接头的精度被焊工件对接接头的装配精度比电弧焊要求更加严格。在搅拌摩擦焊时，接头的装配精度要考虑如图2-11所示的几种情况，即接头间隙、错边量大小和搅拌头中心与焊缝中心的偏差。①接头间隙及接头错边量图2-11接头间隙、错边量及中心偏差图2-12 接头精度对机械性能的影响接头的精度和搅拌头的位置有关。图2-13表示了搅拌头肩部的直径与允许接头间隙的关系。从图中可以看出搅拌头的肩部直径越大，允许接头间隙越大。这是因为搅拌头肩部本身也与被焊金属的塑性流动现象有着极大的关系，间接说明了搅拌头的形状、肩部直径或形状有一个最佳形状。图2-13 搅拌头直径对允许接头间隙的影响搅拌头肩部表面与母材表面接触程度，在焊接过程中也是一个很重要的因素。可通过焊接结束后的搅拌头肩部外观来判别焊接时的搅拌头旋转的方向，以及搅拌头肩部表面与母材表面接触程度。即搅拌头肩部表面完全被侵蚀，说明搅拌头肩部表面与母材表面接触是正常的；当肩部周围75%表面被侵蚀，说明搅拌头肩部表面与母材表面接触程度是在允许的范围内；肩部表面被侵蚀在70%以下，说明搅拌头肩部表面与母材表面接触不良，这种情况是不允许的。② 搅拌头中心的偏差在搅拌摩擦焊时，搅拌头的中心与焊接接头中心线的相对位置，对焊接接头的质量，特别是焊接接头的机械强度有很大的影响。图2-14是搅拌头的中心位置对焊接接头抗拉强度的影响。此图也表示出了搅拌头中心位置与焊接方向以及搅拌头旋转方向之间的关系。图2-14 搅拌棒中心位置对接头抗拉强度的影响从图中可见，对于搅拌头旋转的反方向侧，在搅拌头的中心与焊接接头中心线偏差2mm时，对焊接接头的机械性能几乎无影响；而在与搅拌头旋转方向相同方向一侧，搅拌头的中心与焊接接头中心线偏差2mm时，便会造成焊接接头的机械性能显著降低。当搅拌头的搅拌指棒直径为5mm时，搅拌头的中心与焊接接头中心线允许偏差为搅拌指棒直径的40%以下，这是对于FSW焊接性好的材料而言，而对于焊接性较差的其它合金，允许范围就小得多。为了获得优良的FSW焊接接头，搅拌头的中心位置必须保持在允许的范围内。接头间隙和搅拌头中心位置都发生变化时，对其中一个因素必须要严格控制。例如，接头间隙在0.5mm以下，搅拌头的中心位置大致允许偏差2.0mm。另外，还要考虑接头中心线的扭曲、接头间隙的不均匀性、接合面的垂直度或平行度等。在确定FSW工艺参数时，要考虑搅拌指棒的形状及焊接胎夹具等因素。此外还应考虑FSW焊机的其它部分对缺陷产生的可能性。这些因素对确定FSW最佳规范也有一定的影响。篇10：绿色船舶制造技术-搅拌摩擦焊
绿色船舶制造技术-搅拌摩擦焊
基于船舶制造的`要求和搅拌摩擦焊技术的特点,搅拌摩擦焊技术在船舶上的应用可以部分实现船舶制造的绿色化.铝合金在船舶上的应用经历了焊接件、挤压型材和搅拌摩擦焊拼焊挤压型材3个阶段.本文阐述了搅拌摩擦焊用于船舶制造的优点,介绍了该技术在国内外船舶制造方面的发展现状.
作 者：季亚娟 栾国红 Ji Yajuan Luan Guohong 作者单位：北京航空制造工程研究所 刊 名：航空制造技术 ISTIC英文刊名：AERONAUTICAL MANUFACTURING TECHNOLOGY 年，卷(期)：2007 “”(z1) 分类号：V2 关键词：船舶 搅拌摩擦焊 挤压型材 铝合金★ 工程计量实习报告
★ 焊接工艺评定报告
★ 焊接论文范文
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