搅拌摩擦焊工艺简介

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搅拌摩擦焊工艺简介搅拌摩擦焊是一种新型固相焊技术，是由英国焊接研究所（TWI）在 1991 年发明的一项最具革命性的新型材料连接方式。


01搅拌摩擦焊过程简介开始焊接时：将轴肩和针凸的搅拌工具高速旋转着插入被焊工件的待焊接处。轴肩可同时用于防止塑性状态的材料溢出。焊接过程中：搅拌头和被焊材料之间的摩擦剪切阻力产生了摩擦热，使材料软化发生塑性变形，并释放出塑性变形能，当搅拌头受到驱动沿着待焊界面向前移动时，热塑化的材料由搅拌头的前部向后部转移，并且在搅拌头轴肩的锻造作用下，实现工件之间的固相连接。焊接结束时：搅拌头旋转移出零件。02搅拌摩擦焊工艺适用的焊接材料搅拌摩擦焊广泛适用于各类材料，目前已成功实现了铝、镁等低熔点金属及合金、铜合金、钛合金、钢铁材料、金属基复合材料以及异种金属（铝/铜、铝/镁、铝/钢等）的焊接。可焊接材料


上乘经验上汽乘用车新能源系统零件中电池托盘以及电机壳体等已将搅拌摩擦焊工艺成熟应用，并形成了相应的企业标准体系《SMTC 5 140 011》

03搅拌摩擦焊先进技术介绍当前应用最广的搅拌摩擦焊技术主要有以下3种：1、静轴肩搅拌摩擦焊2、恒压力搅拌摩擦焊3、搅拌摩擦点焊01

静轴肩搅拌摩擦焊（Stational Shoulder Friction Stir Welding,SS-FSW）采用轴肩与搅拌针分体式设计。在焊接过程中内部搅拌针处于旋转状态，而外部轴肩不转动，仅沿焊接方向行进。在常规FSW中，轴肩与被焊接材料之间的摩擦是主要的产热方式。相比之下，静轴肩搅拌摩擦焊由于内部搅拌针转动而外部轴肩不转动，所以搅拌针在摩擦生热和材料变形中起着重要的作用。

静轴肩搅拌摩擦焊优点01不旋转的轴肩不产生热量，表面热输入减小，工件厚度方向热量均匀。因此适合焊接导热率较差的材料。02表面焊缝光滑、无飞边，焊缝质量高。可实现角焊缝焊接
03
表面减薄量小， 过程压力较小， 焊缝强度高。

角焊缝焊接
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恒压力搅拌摩擦焊工艺是指在焊接过程中主轴压力保持稳定，避免由于焊接面存在尺寸波动而导致焊接不良。焊接过程中的压力分为：（1） 轴向压力：向搅拌头中心轴线方向施加的使搅拌针插入工件和保持轴肩与工件表面接触的压力。（2）前进力：搅拌头沿着焊接方向向前移动所需要的力。（3）主轴扭矩：当搅拌头插入工件向前移动时驱动搅拌头旋转的扭矩。

恒压力工艺控制要领焊接过程中实时检测顶锻力并与设定值比较，通过调整搅拌头插入工件表面深度来保持该压力值恒定，实现焊接过程的压力闭环控制。在一定时间（通常为100ms）内采集一系列压力值（如5个点），求平均值后与基准值相比较，根据比较结果进行判断是否执行Z轴调整——改变扎入深度。压力回路响应时间不大于0.1秒。系统与Z轴移动量值可以根据具体工件的现场状况进行调整，调整范围为0.05～2mm。

             搅拌摩擦焊焊接过程中作用力变化03搅拌摩擦点焊与常规FSW原理相似，缺少了搅拌针与被焊工件相对移动产生焊缝的过程，取而代之的是，依靠旋转下压的搅拌头与工件接触摩擦产生热量，经充分搅拌后形成单个焊点。搅拌摩擦点焊可分为两类：传统直插式和回填式。

（1）传统直插式搅拌摩擦点焊包括扎入、旋转、拔出三个过程，焊接完成后在焊点处会留下一个匙孔。其焊接示意图如左图。（2）回填式搅拌摩擦点焊采用特殊的焊接工具，包括搅拌针、搅拌套、压紧环。通过精确控制搅拌头各部件的相对运动，在搅拌针回撤的同时填充搅拌头在焊接过程中形成的匙孔缺陷。其焊接过程为：摩擦预热阶段 →搅拌套下压及搅拌针回抽→搅拌针下压及搅拌套回抽 →平磨形成平整焊点

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