搅拌摩擦焊介绍课件.ppt

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1、搅拌摩擦焊第一节搅拌摩擦焊的基本原理第二节搅拌摩擦焊的焊接过程及特点第三节搅拌摩擦焊工艺第四节搅拌摩擦焊设备第五节搅拌摩擦焊的应用一、搅拌摩擦焊原理它可以焊接所有牌号的铝合金以及用熔焊方法难以焊接的材料，并突破了普通摩擦焊对轴类零件的限制，可进行板材的对接、搭接、角接及全位置焊接。由于搅拌摩擦焊是固态焊接，所以没有熔化焊时的气孔、裂纹及合金元素烧损等缺陷。搅拌摩擦焊的接头性能普遍优于熔化焊的。目前，搅拌摩擦焊技术已在飞机制造、机车车辆和船舶制造等领域得到广泛的应用，主要用于铝及其合金、铜合金、镁合金、钛合金、铅、锌等

2、非铁金属材料的焊接，也可用于焊接钢铁金属。搅拌摩擦焊（FrictimStirWelding，简称FSW）--利用一种特殊形式的搅拌头边旋转边前进，通过搅拌头与工件的摩擦产生热量，摩擦热使该部位金属处于热塑性状态，并在搅拌头的压力作用下从其前端向后部塑性流动，从而使待焊件压焊为一个整体。二、搅拌摩擦焊的焊接过程及特点（一）搅拌摩擦焊焊接过程搅拌摩擦焊是利用摩擦热作为焊接热源的一种固相焊接方法，但与常规摩擦焊有所不同。在进行搅拌摩擦焊接时，首先将焊件牢牢地固定在工作平台上，然后，搅拌焊头高速旋转并将搅拌焊针插入焊件的接缝

3、处，直至搅拌焊头的肩部与焊件表面紧密接触，搅拌焊针高速旋转与其周围母材摩擦产生的热量和搅拌焊头的肩部与焊件表面摩擦产生的热量共同作用，使接缝处材料温度升高且软化，同时，搅拌焊头边旋转边沿着接缝与焊件作相对运动，搅拌焊头前面的材料发生强烈的塑性变形。随着搅拌焊头向前移动，前沿高度塑性变形的材料被挤压到搅拌焊头的背后。在搅拌焊头与焊件表面摩擦生热和锻压共同作用下，形成致密牢固的固相焊接接头。搅拌摩擦焊接过程如动画所示。（二）搅拌摩擦焊的焊接接头1.接头的分区母材区图中，d区为接头中无热作用也无塑性变形的母材区热影响区（H

4、AZ)c区该区域的材料因受焊接热循环的影响，微观组织和力学性能均发生了改变，但该区域材料没有产生塑性变形，其组织与母村组织无明显的区别，只是消除了方向性很强的柱状晶结构，热影响区的宽度比熔焊时窄很多。热机影响区b区该区域是一个过渡区域，材料已产生了一定程度的塑性变形，同时又受到了焊接温度场的影响。焊核区a区为“焊核区”（WNZ），该区域位于焊缝中心靠近搅拌针插入的位置，经历了高温、应变后，焊核的中心发生了强烈的变形。应变导致焊核区在焊接过程中发生了动态再结晶，并导致该区出现高密度的沉淀相，从而有利于抑制焊接过程中晶粒

5、的长大。焊核区一般由细小的等轴再结晶组织构成。在焊接过程中，材料与搅拌针之间的相互作用导致焊核区出现同心环（洋葱环组织）。根据塑性变形程度和热作用的不同，将搅拌摩擦焊接头分为4个区域。2.接头力学性能焊态下，FSW焊缝焊核的强度要大于热影响区的强度。对于退火状态的铝合金，拉伸实验时首先发生破坏的部位通常在远离焊缝和热影响区的母材上。对于形变强化和热处理强化的铝合金，FSW接头的不同区域发生了软化，但可以通过控制热循环，尤其是通过降低焊缝热机影响区的退火效应和过时效的影响来改善接头的性能，也可以通过焊后热处理的方式提高

6、热处理强化铝合金FSW接头的性能。实验结果表明，搅拌摩擦焊对接接头的疲劳性能大都超过相应熔焊接头的设计推荐值。总之，对于铝合金材料，其FSW接头的抗拉强度均能达到母材的70％以上。接头性能的具体数值，除了与母材本身的性能有关外，在很大程度上还取决于FSW的焊接参数。目前，国内外关于搅拌摩擦焊的研究及应用主要集中在铝合金、镁合金以及纯铜等软质、易于成形的材料上，对于钛合金、不锈钢、铝基复合材料等的研究和应用也取得了较大的进展。喷气客机的搅拌摩擦焊镁合金的搅拌摩擦焊（三）搅拌摩擦焊的特点焊缝质量好焊缝是在塑性状态下受挤压

7、完成的，属于固相焊接，因而其接头不会产生与冶金凝固有关的一些如裂纹、夹杂、气孔以及合金元素的烧损等熔焊缺陷和脆化现象，焊缝性能接近母材，力学性能优异。适于焊接铝、铜、铅、钛、锌、镁等非铁金属及其合金以及钢铁材料、复合材料等，也可用于异种材料的连接。不受轴类零件限制不受轴类零件的限制，可进行平板的对接和搭接，可焊接直焊缝、角焊缝及环焊缝，可进行大型框架结构及大型筒体制造、大型平板对接等，扩大了应用范围。无需高的操作技能和训练优点：搅拌摩擦焊利用自动化的机械设备进行焊接，避免了对操作工人技术熟练程度的依赖，质量稳定，重复

8、性高。不需焊丝和保护气氛焊接时无需填充材料、保护气体，焊前无需对焊件表面预处理，焊接过程中无需施加保护措施，厚大焊件边缘不用加工坡口，简化了焊接工序。·焊接铝合金材料不用去氧化膜，只需去除油污即可。焊件尺寸精度高由于搅拌摩擦焊为固相焊接，其加热过程具有能量密度高、热输入速度快等特点，因而焊接变形小，焊后残余应力小。在保证焊接设备具有足够大的刚度