先進(jìn)焊接技術(shù)

1、拓展項(xiàng)目 先進(jìn)焊接技術(shù)教學(xué)目標(biāo)：教學(xué)目標(biāo)： 1. 了解電子束焊接、激光焊接、攪拌摩擦焊的原理、了解電子束焊接、激光焊接、攪拌摩擦焊的原理、工藝特點(diǎn)及應(yīng)用范圍；工藝特點(diǎn)及應(yīng)用范圍；2. 能夠制定焊接工藝，熟悉基本操作方法與安全防護(hù)。能夠制定焊接工藝，熟悉基本操作方法與安全防護(hù)。3. 了解焊接機(jī)器人控制的基本原理，典型弧焊機(jī)器人離了解焊接機(jī)器人控制的基本原理，典型弧焊機(jī)器人離線編程仿真系統(tǒng)的組成及功能。線編程仿真系統(tǒng)的組成及功能。 1 電子束焊接l 1.1 電子束焊的基本原理 l 從電子槍中產(chǎn)生的電子束在25300kv的加速電壓下加速到0.30.7倍的光速，經(jīng)過電子槍中靜電透鏡和電磁透鏡的作用，形

2、成的功率密度很高的電子束流得到一個(gè)很小的焦點(diǎn)。l 當(dāng)電子束流撞擊置于真空或非真空的工件表面時(shí)，電子的動能迅速轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮埽菇饘傺杆偃刍驼舭l(fā)，實(shí)現(xiàn)焊接過程。焊接過程參看視頻動畫焊接過程參看視頻動畫1.2 電子束焊的特點(diǎn) 作為電子束焊的熱源，電子束具有如下特點(diǎn)： （1）功率密度高 電子束屬于高能束流，電子束焊接時(shí)常用的加速電壓范圍為30150kV，電子束電流為20l000mA，電子束焦點(diǎn)直徑約為011mm，其功率密度可達(dá)106Wcm2以上。 （2）精確、快速的可控性 電子作為物質(zhì)基本粒子，具有極小的質(zhì)量（9.110-31kg）和一定的負(fù)電荷（1610-19C），電子的荷質(zhì)比高達(dá)l761011Ck

3、g，通過電場、磁場對電子束可作快速而精確的控制。這是電子束的一個(gè)優(yōu)勢，與同為高能束流的激光相比，后者只能用透鏡和反射鏡控制，速度慢。l 1. 焊件的結(jié)構(gòu)形狀和尺寸l焊件的厚度與電子束的加速電壓和功率有關(guān)，一般單道焊接碳鋼厚度可以超過100mm，或厚度超過400mm的鋁板，而不需開坡口和填充金屬；焊薄件的厚度可小于2.5mm，甚至薄到0.025mm；也可焊厚薄相差懸殊的焊件。l 真空電子束焊焊件的形狀和尺寸不能超過焊接室容積允許的范圍內(nèi)。非真空電子束焊不受此限制，可以焊接大型焊接結(jié)構(gòu)，但必須保證電子槍底面出口到焊件上表面的距離，一般在1250mm之間；單面焊可焊厚度一般很少超過10mm，如果厚度

4、達(dá)到25mm以上，需要降低焊接速度，從而增加制造成本。1.3 電子束焊的適用范圍 2. 焊接的材料 在真空室內(nèi)進(jìn)行電子束焊時(shí)，除含有大量的高蒸氣壓元素的材料外，一般熔焊能焊的金屬，都可以采用電子束焊。如鐵、銅、鎳、鋁、鈦及其合金等。此外，還能焊接稀有金屬、活性金屬、難熔金屬和非金屬陶瓷等?？梢院附尤埸c(diǎn)、熱導(dǎo)率、溶解度相差很大的異種金屬?？梢院附訜崽幚韽?qiáng)化或冷作硬化的材料，而對接頭的力學(xué)性能沒有太大的影響。1.3 電子束焊的適用范圍 l 3. 焊接有特殊要求或特殊結(jié)構(gòu)的焊件l 可以焊接內(nèi)部需保持真空度的密封件；焊接靠近熱敏元件的焊件；焊接形狀復(fù)雜而且精密的零部件；l 可以同時(shí)施焊具有兩層或多層接

5、頭的焊件。這種接頭層與層之間可以有幾十毫米的空間間隔。1.3 電子束焊的適用范圍 l 1. 1. 焊前準(zhǔn)備焊前準(zhǔn)備l (1)(1)工件的準(zhǔn)備和裝夾工件的準(zhǔn)備和裝夾l （2 2）抽真空）抽真空l （3 3）焊前預(yù)熱和焊后熱處理）焊前預(yù)熱和焊后熱處理l 2. 2. 焊接接頭設(shè)計(jì)焊接接頭設(shè)計(jì)l 3.3.焊接工藝參數(shù)焊接工藝參數(shù)l 電子束焊的工藝參數(shù)主要有電子束電流電子束焊的工藝參數(shù)主要有電子束電流I Ib b、加熱、加熱電壓電壓UaUa、焊接速度、焊接速度v vb b、聚焦電流、聚焦電流I If f和工作距離和工作距離H H等。等。1.4 電子束焊接工藝 l 1. 加速電壓l 在電子束焊接中，加速電

6、壓的增加可使熔深加大，但加速電壓的參數(shù)根據(jù)電子槍的類型通常選取某一數(shù)值不變。在保持其他參數(shù)不變的條件下，焊縫橫斷面深寬比與加速電壓成正比。l 2. 電子束流l 束流與加速電壓一起決定著電子束的功率。在電子束焊接過程中，加速電壓往往不變，所以常常要調(diào)整電子束流值來滿足不同的焊接工藝需要。增加電子束流，熔深和熔寬都會增加。l 3. 焊接速度l 焊接速度太快會使焊縫變窄，熔深減小。1.4 電子束焊接工藝 l 4. 聚焦電流l 電子束聚焦?fàn)顟B(tài)對熔深及焊縫成形影響很大。焦點(diǎn)變小可使焊縫變窄，熔深增加。厚板焊接時(shí)，應(yīng)使焦點(diǎn)位于工件表面以下0.5-0.75mm的熔深處；薄板焊接時(shí)，應(yīng)使焦點(diǎn)位于工件表面。l

7、5. 工作距離l 工作距離應(yīng)在設(shè)備最佳范圍內(nèi)。工作距離變小時(shí)，電子束的斑點(diǎn)直徑變小，可增加電子束功率密度。但工作距離過小會造成放電現(xiàn)象，因而在不影響電子槍的穩(wěn)定工作的前提下，可以采用盡可能短的工作距離。l 對于確定的電子束焊接設(shè)備，加速電壓一般固定不變，必須時(shí)也只做較小的調(diào)整。焊接電流和焊接速度是主要調(diào)整的工藝參數(shù)。熱輸入與電子束焊接功率成正比，與焊接速度成反比。利用焊接熱輸入與焊接厚度的對應(yīng)關(guān)系，初步選定焊接工藝參數(shù)，經(jīng)實(shí)驗(yàn)修正后方可作為實(shí)際使用的焊接工藝參數(shù)。此外，還應(yīng)考慮焊縫橫斷面、焊縫外形及防止產(chǎn)生焊縫缺陷等因素，綜合選擇和實(shí)驗(yàn)確定焊接工藝參數(shù)。1.4 電子束焊接工藝 1.5 典型材料

8、的電子束焊 l 1. 鋁和鋁合金 l 純鋁及非熱處理強(qiáng)化鋁合金如果采用電子束焊接，接頭具有與母材退火狀態(tài)相似的力學(xué)性能。熱處理強(qiáng)化鋁合金進(jìn)行電子束焊時(shí)，可能出現(xiàn)不同程度的裂紋、氣孔等缺陷，但只要工藝參數(shù)選擇適當(dāng)，可以減少缺陷并保證接頭不會出現(xiàn)退火軟化區(qū)。當(dāng)鋁合金中含有較多強(qiáng)化元素鎂和鋅時(shí)，焊接速度慢的電子束焊時(shí)會造成這些元素大量蒸發(fā)；若提高焊接速度則焊縫成形惡化，并出現(xiàn)嚴(yán)重氣孔。無鋅的鋁合金宜用高壓，小束流的高速焊。l 鋁和鋁合金電子束焊前需要對接縫處進(jìn)行除油和清除氧化膜處理，焊接過程中應(yīng)控制焊接速度，以防止出現(xiàn)氣孔并能改善焊縫成形。對厚度小于40mm的鋁板，焊接速度應(yīng)在60- 120cm/m

9、in；對于40mm以上的厚鋁板，焊接速度應(yīng)在60cm/min以下。l 汽車上常采用了一些鋁合金零件，非真空電子束焊焊接汽車用鋁合金可得到良好的接頭。早在60年代，美國就將非真空電子束焊引入了批量汽車零件的生產(chǎn)中，既可降低成本、而且效率高，并可在汽車生產(chǎn)線上連續(xù)進(jìn)行；同時(shí)可減輕結(jié)構(gòu)質(zhì)量，節(jié)省燃料及減少廢氣的排放。汽車上儀表板等采用鋁合金焊接結(jié)構(gòu)，接頭形式往往是卷邊的。l 2. 鈦和鈦合金 l 鈦是一種非常活潑的金屬，最常見的焊接缺陷是氫氣孔，所以應(yīng)在良好的真空條件下（1.3310-2Pa）進(jìn)行焊接，而電子束焊接是所有工業(yè)鈦和鈦合金最理想的焊接方法。采用電子書焊接能有效地避免了有害氣體的污染，而且

10、電子束的能量密度大，焊接速度高，焊縫中不會出現(xiàn)粗大的片狀相，因而焊接接頭的有效系數(shù)可達(dá)到100。焊接時(shí)為了防止晶粒長大，宜采用高電壓、小束流的工藝參數(shù)。1.5 典型材料的電子束焊 1.6 1.6 電子束焊的基本操作與安全防護(hù)電子束焊的基本操作與安全防護(hù) 在操作電子束焊機(jī)時(shí)要防止高壓電擊、X射線、可見光輻射以及煙氣等。 無論是低壓型或高壓型的電子束焊機(jī)，在運(yùn)行時(shí)都帶有足以致命的高電壓。因此，焊機(jī)中一切帶有高電壓的系統(tǒng)，都必須采取有效的安全防護(hù)措施。電子束焊接設(shè)備應(yīng)裝置專用地線；設(shè)備外殼應(yīng)用粗銅線接地。在更換陰極組件和維修時(shí)，應(yīng)切斷高壓電源，并用放電棒接觸準(zhǔn)備更換的零件，以防電擊。高壓電源和電子槍

11、應(yīng)保證有足夠的絕緣和良好的接地，絕緣試驗(yàn)電壓應(yīng)為額定電壓的1.5倍。l 電子束焊接時(shí)會產(chǎn)生有害的金屬蒸氣、煙霧、臭氧及氧化氮等。應(yīng)采用抽氣裝置將真空室排出的抽氣、煙塵等及時(shí)排出，以保證真空室內(nèi)和工作場所的有害氣體。含量降低到安全水準(zhǔn)以下，使設(shè)備周圍應(yīng)易于通風(fēng)。l 直接觀察熔化金屬發(fā)射的可見光對視力和皮膚有害，因此焊接過程中不允許用肉眼直接觀察熔池，必要時(shí)應(yīng)配戴防護(hù)眼鏡。 1.6 1.6 電子束焊的基本操作與安全防護(hù)電子束焊的基本操作與安全防護(hù) 焊接時(shí)大量的X射線是由高速運(yùn)動的電子束與焊件撞擊所產(chǎn)生，在槍體和工作室內(nèi)電子束與氣體分子或金屬蒸氣相撞時(shí)，也會產(chǎn)生相當(dāng)數(shù)量的X射線。電子束焊焊接時(shí)，大約

12、不超過1%的電子束能量將轉(zhuǎn)變?yōu)閄射線輻射。我國規(guī)定對無監(jiān)護(hù)的工作人員允許的X射線劑量不應(yīng)大于0.25mR/h，對于60kV以下電子束焊機(jī)的真空室采用足夠厚度的鋼板就能起防護(hù)X射線的作用，加速電壓為60kV以上的焊機(jī)應(yīng)附加鉛板進(jìn)行防護(hù)。無論是高壓或是低壓電子束系統(tǒng)都使用鉛玻璃窗口。焊機(jī)則安裝在用高密度混凝土建造的X射線屏蔽室內(nèi)。1.6 1.6 電子束焊的基本操作與安全防護(hù)電子束焊的基本操作與安全防護(hù) 2.1 激光焊概述激光焊概述 激光是20世紀(jì)最偉大的發(fā)明之一，世界上第一臺激 光器問世于1960年，激光焊接是當(dāng)今先進(jìn)的制造技術(shù)之一。激光焊是以聚焦的激光束作為能源轟擊焊件接縫所產(chǎn)生的能量進(jìn)行焊接的

13、方法。與常規(guī)焊接方法相比，激光焊有如下特點(diǎn)： l）聚焦后的激光功率密度高達(dá)105 -107Wcm2，工件產(chǎn)生的變形極小，熱影響區(qū)也很窄，多以深熔深方式，特別適宜于精密焊接和微細(xì)焊接。 2）焊接厚件時(shí)可不開坡口一次成形，獲得深寬比大的焊縫。不開坡口單道焊接鋼板的厚度已達(dá)50mm。 2 2 激光焊激光焊 3）適宜于焊接一般焊接方法難以焊接的材料，如難熔金屬、熱敏感性強(qiáng)的金屬以及熱物理性能差異懸殊、尺寸和體積懸殊工件間的焊接；甚至可用于非金屬材料的焊接，如陶瓷、有機(jī)玻璃等。 4）穿過透明介質(zhì)對密閉容器內(nèi)的工件進(jìn)行焊接，適合于在玻璃的密封容器里焊接鈹合金等劇毒材料。 5）可借助反射鏡使光束達(dá)到一般焊接

14、方法無法施焊的部位，YAG激光（波長1.06um )還可用光纖傳輸，可達(dá)性好。 2.1 激光焊概述激光焊概述l 6）激光束不受電磁干擾，無磁偏吹現(xiàn)象存在，適宜于磁性材料焊接。l 7）不需真空室，不產(chǎn)生X射線，觀察及對中方便。l 激光焊的不足之處是設(shè)備的一次投資大，特別是高功率連續(xù)激光器的價(jià)格昂貴，而且對高反射率的金屬直接進(jìn)行焊接比較困難。l 目前，用于焊接的激光器主要有兩大類，氣體激光器和固體激光器，前者以CO2激光器為代表，后者以YAG激光器為代表。根據(jù)激光的作用方式激光焊接可分為連續(xù)激光焊和脈沖激光焊。隨著設(shè)備性能的不斷提高、結(jié)構(gòu)的日益復(fù)雜，對接頭性能和變形要求越來越苛刻，許多傳統(tǒng)的焊接方

15、法己不能滿足要求，因而，激光焊接在許多場合具有不可替代的作用。2.1 激光焊概述激光焊概述l 1.激光焊能源參數(shù)l 激光焊是將光能轉(zhuǎn)化為熱能達(dá)到熔化工件進(jìn)行焊接的目的。l 1）功率密度l 激光能作用于固態(tài)金屬表面時(shí)，按功率密度不同可產(chǎn)生三種不同加熱狀態(tài)。功率密度較低時(shí)僅對表面產(chǎn)生無熔化的加熱，這種狀態(tài)用于表面熱處理或釬焊；功率密度提高時(shí)，可產(chǎn)生熱傳導(dǎo)型熔化加熱，用于薄板高速焊及精密點(diǎn)焊；功率密度進(jìn)一步提高時(shí)，則產(chǎn)生熔孔型熔化，激光熱源中心加熱溫度達(dá)到金屬的沸點(diǎn)而形成等離子蒸氣，用于深熔焊。由于功率密度很大，所產(chǎn)生的小孔已貫穿整個(gè)板厚。在連續(xù)激光焊時(shí)，小孔是隨著光束相對于工件而沿焊接方向前進(jìn)的。

16、金屬在小孔前方熔化，繞過小孔流向方后，重新凝固形成焊縫。l 2.2 激光焊工藝激光焊工藝l 調(diào)節(jié)激光的功率密度，即能實(shí)現(xiàn)不同加工工藝的要求。而調(diào)整功率密度的主要方法有：調(diào)節(jié)輸入激光器的能量；調(diào)節(jié)光斑尺寸，即激光束與金屬固體表面交叉面積的大??；改變光模型式，即改變光斑中能量的分布；改變脈沖寬度及前沿的梯度等。l 2. 吸收率l 激光焊接的熱效應(yīng)取決于工件吸收光束能量的程度，常用吸收率來表征。減少激光反射損失的途徑有：采用TEMoo光模；采用衰減式脈沖調(diào)制。開始時(shí)高脈沖功率使金屬迅速加熱熔化，降低其反射率，然后就可以在較低的能量輸入下繼續(xù)加熱熔化；用噴涂等方法增加表面粗糙度或形成高吸收率薄膜：用電

17、弧等熱源預(yù)熱，即雙熱源進(jìn)行焊接；采用光收集式的接頭設(shè)計(jì)。2.2 激光焊工藝激光焊工藝 3. 3. 聚焦和離焦量聚焦和離焦量 （1 1）聚焦）聚焦 焊接或切割厚度較大的材料時(shí)，為獲得較大的焦點(diǎn)深度，宜選用焊接或切割厚度較大的材料時(shí)，為獲得較大的焦點(diǎn)深度，宜選用焦距較長的透鏡。對各種厚度的被焊材料及不同接頭都存在一個(gè)最佳焦距較長的透鏡。對各種厚度的被焊材料及不同接頭都存在一個(gè)最佳焦距。焦距。 （2 2）離焦量）離焦量 離焦量是工件表面離激光焦點(diǎn)的距離。工件表面在焦點(diǎn)以內(nèi)時(shí)為離焦量是工件表面離激光焦點(diǎn)的距離。工件表面在焦點(diǎn)以內(nèi)時(shí)為負(fù)離焦，與焦點(diǎn)的距離為負(fù)離焦量。反之為正離焦。離焦量不僅影響負(fù)離焦，與

18、焦點(diǎn)的距離為負(fù)離焦量。反之為正離焦。離焦量不僅影響工件表面激光光斑的大小，而且影響光束的入射方向，因而對熔深和工件表面激光光斑的大小，而且影響光束的入射方向，因而對熔深和焊縫形狀有較大的影響。焊縫形狀有較大的影響。 2.2 激光焊工藝激光焊工藝l 激光復(fù)合焊接技術(shù)是指將激光與其他焊接方法組合起來的集約式焊接技術(shù)，其優(yōu)點(diǎn)是能充分發(fā)揮每種焊接方法的優(yōu)點(diǎn)并克服某些不足，從而形成一種高效的熱源。例如，由于高功率激光焊設(shè)備的價(jià)格較昂貴，當(dāng)對厚板進(jìn)行深熔、高速焊接時(shí)，可將小功率的激光器與常規(guī)的氣體保護(hù)焊結(jié)合起來進(jìn)行復(fù)合焊接，如激光-TIG和激光-MIG等。2.3 激光復(fù)合焊技術(shù)激光復(fù)合焊技術(shù)2.3 激光復(fù)

19、合焊技術(shù)激光復(fù)合焊技術(shù)l 1激光一電弧焊l 激光焊接復(fù)合技術(shù)中應(yīng)用較多的是激光-電弧復(fù)合焊接技術(shù)，主要目的是有效地利用電弧能量，在較小的激光功率條件下獲得較大的熔深，同時(shí)提高激光焊接對接頭間隙的適應(yīng)性，降低激光焊接的裝配精度，實(shí)現(xiàn)高效率、高質(zhì)量的焊接過程。激光-TIG復(fù)合焊示意圖激光-MIG復(fù)合焊示意圖 2激光高頻焊 該方法是在高頻焊管的同時(shí)，采用激光對熔焊處進(jìn)行加熱，使待焊件在整個(gè)焊縫厚度上的加熱更均勻，有利于進(jìn)一步提高焊管的質(zhì)量和生產(chǎn)率。 近年來，通過激光一電弧相互復(fù)合而誕生的復(fù)合焊接技術(shù)獲得了長足的發(fā)展，在航空、軍工等部分復(fù)雜構(gòu)件上的應(yīng)用日益受到重視。目前，激光與不同電弧的復(fù)合焊接技術(shù)已

20、成為激光焊接領(lǐng)域發(fā)展的熱點(diǎn)之一。2.3 激光復(fù)合焊技術(shù)激光復(fù)合焊技術(shù)l 1. 1.鋁合金的激光焊鋁合金的激光焊l 鋁合金激光焊常采用深熔焊方式，焊接時(shí)的主要困難是它對激光束的高反射率和自身的高導(dǎo)熱性。鋁是熱和電的良導(dǎo)體，高密度的自由電子使它成為光的良好反射體，起始表面反射率超過90%。也就是說，深熔焊必須在小于10%的輸入能量開始，這就需要采用大功率或高性能的激光束來獲得所需的能量密度。而小孔一旦生成，它對光束的吸收率迅速提高，甚至可達(dá)90，從而使焊接過程順利進(jìn)行。2.4 2.4 典型材料的激光焊典型材料的激光焊l 1.鋁合金的激光焊l 由于鋁合金對激光的強(qiáng)烈反射作用，鋁合金激光焊十分困難，必

21、須采用高功率的激光器才能進(jìn)行焊接。在COCO2 2激光焊和Nd: YAG激光焊的過程中，采用等離子弧與激光復(fù)合焊接不僅能提高焊接速度（可提高兩倍）、減少裂紋，還有助于得到平滑的焊縫。l 激光焊的優(yōu)勢和工藝柔性又吸引著科技人員不斷突破鋁合金激光焊的禁區(qū)，有力推動了鋁合金激光焊在飛機(jī)、汽車等制造領(lǐng)域中的應(yīng)用。2.4 2.4 典型材料的激光焊典型材料的激光焊l 2. 鈦金的激光焊鈦金的激光焊l 鈦合金具有高的比強(qiáng)度，良好的塑性及韌性，較高的抗腐蝕性，是一種優(yōu)良的結(jié)構(gòu)材料。鈦及鈦合金化學(xué)性能活潑，對氧化很敏感，對由氧氣、氫氣、氮?dú)夂吞荚铀鸬拈g隙脆化也很敏感，所以要特別注意接頭的清潔和氣體保護(hù)問題

22、。l 在進(jìn)行激光焊時(shí)，接頭正反面都必須施加惰性氣體保護(hù)，氣體保護(hù)范圍須擴(kuò)大到400500（即保護(hù)）。鈦合金對接時(shí)，焊前必須把坡口清理干凈，可先用噴砂處理，再用化學(xué)方法清洗。另外，裝配要精確，接頭間隙要嚴(yán)格控制。 2.4 2.4 典型材料的激光焊典型材料的激光焊l 鈦合金采用激光焊接可得到滿意的結(jié)果。Ti-6A1-4V是用量最大的鈦合金，廣泛用于航空航天制造。對1mm厚的Ti-6Al-4V板材采用4.7kW的CO2激光輸出功率，焊接速度可超過15m/min。檢測結(jié)果表明，焊接接頭致密、無裂紋、氣孔和夾雜物。接頭的屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度與母材相當(dāng)，塑性不降低。在適當(dāng)?shù)暮附訁?shù)下，Ti-6A1-4V合金

23、接頭具有與母材同等的彎曲疲勞性能。鈦合金激光焊時(shí)，焊接速度一般較高（80100m/h），焊接熔深大致為1mm/kW。激光焊焊接高溫鈦合金，也可以獲得強(qiáng)度和塑性良好的接頭。2.4 2.4 典型材料的激光焊典型材料的激光焊l 攪拌摩擦焊（Friction Stir Welding，簡稱FSW）是基于摩擦焊技術(shù)的基本原理，由英國焊接研究所（TWI）于1991年發(fā)明的一種新型固相連接技術(shù)。與常規(guī)摩擦焊相比，其不受軸類零件的限制，可進(jìn)行板材的對接、搭接、角接及全位置焊接。被譽(yù)為“繼激光焊后又一次革命性的焊接技術(shù)”。3.3.攪拌摩擦攪拌摩擦焊焊l 與傳統(tǒng)的熔化焊方法相比，攪拌摩擦焊接頭不會產(chǎn)生與熔化有關(guān)的

24、如裂紋、氣孔及合金元素的燒損等焊接缺陷；焊接過程中不需要填充材料和保護(hù)氣體，使得以往通過傳統(tǒng)熔焊方法無法實(shí)現(xiàn)焊接的材料通過攪拌摩擦焊技術(shù)得以實(shí)現(xiàn)連接；焊接前無須進(jìn)行復(fù)雜的預(yù)處理，焊接后殘余應(yīng)力和變形?。缓附訒r(shí)無弧光輻射、煙塵和飛濺，噪音低；因而，攪拌摩擦焊是一種經(jīng)濟(jì)、高效、高質(zhì)量的“綠色”焊接技術(shù)。3.3.攪拌摩擦攪拌摩擦焊焊l 3.1. 攪拌摩擦焊焊接過程l 在進(jìn)行攪拌摩擦焊接時(shí)，首先將焊件牢牢地固定在工作平臺上，然后，攪拌焊頭高速旋轉(zhuǎn)并將攪拌焊針插入焊件的接縫處，直至攪拌焊頭的肩部與焊件表面緊密接觸，攪拌焊針高速旋轉(zhuǎn)與其周圍母材摩擦產(chǎn)生的熱量和攪拌焊頭的肩部與焊件表面摩擦產(chǎn)生的熱量共同作用

25、，使接縫處材料溫度升高而軟化。3.3.攪拌摩擦攪拌摩擦焊焊3.3.攪拌摩擦攪拌摩擦焊焊 同時(shí)，攪拌焊頭邊旋轉(zhuǎn)邊沿著接縫與焊件作相對運(yùn)動，攪拌焊頭前面的材料發(fā)生強(qiáng)烈的塑性變形。隨著攪拌焊頭向前移動，前沿高度塑性變形的材料被擠壓到攪拌焊頭的背后。在攪拌頭軸肩與焊件表層摩擦產(chǎn)熱和鍛壓共同作用下，形成致密的固相連接接頭。 攪拌摩擦焊接過程參見視頻資料。攪拌摩擦焊接過程參見視頻資料。攪拌摩擦焊接過程示意圖攪拌摩擦焊接過程示意圖 l 3.2 攪拌摩擦焊的熱輸入與焊接參數(shù)l 在攪拌摩擦焊接過程中，攪拌焊針高速旋轉(zhuǎn)并插入焊件，隨即在焊接壓力的作用下，軸肩與焊件表面接觸，于是在軸肩與焊件材料上表面及攪拌針與接合

26、面間產(chǎn)生大量的摩擦熱，同時(shí)，攪拌針附近材料發(fā)生塑性變形和流體流動從而導(dǎo)致形變產(chǎn)熱，其中摩擦熱是焊接產(chǎn)熱的主體。隨著攪拌焊頭沿焊縫方向行走，這些熱量對焊縫及焊縫附近的母材施以熱循環(huán)作用，導(dǎo)致材料中沉淀相的溶解、焊縫和熱影響區(qū)發(fā)生較大程度的軟化。l 目前，還不能對攪拌摩擦焊的產(chǎn)熱進(jìn)行精確計(jì)算，產(chǎn)熱機(jī)制的解釋和計(jì)算方法有很多種，因此，加強(qiáng)攪拌摩擦焊攪拌摩擦焊的基礎(chǔ)理論研究，的基礎(chǔ)理論研究，盡快建立合適的傳熱模型，從理論上預(yù)測材料在一定的焊接參數(shù)下所經(jīng)歷的熱過程，對優(yōu)化焊接參數(shù)、獲得優(yōu)質(zhì)的焊接接頭具有重要作用。l 攪拌摩擦焊接參數(shù)主要包括焊接速度（攪拌焊頭沿焊縫方向的行走速度）、攪拌焊頭轉(zhuǎn)速、焊接壓力

27、、攪拌頭傾角、攪拌頭插入速度和保持時(shí)間等。 l 3.3 鋁合金的攪拌摩擦焊l 攪拌摩擦焊發(fā)明初期主要解決鋁合金薄板的焊接問題，隨著攪拌摩擦焊焊接工具的開發(fā)和工藝技術(shù)的發(fā)展，目前，攪拌摩擦焊可以焊接所有系列的鋁合金材料，包括那些難于用熔化焊方法連接的高強(qiáng)鋁合金材料，如2xxx(Al-Cu)系列、7xxx(Al-Zn)系列鋁合金，也可用于不同種類鋁合金材料的連接，如5xxx（AlMg）與6xxx(AlMgSi)系列鋁合金鋁合金的焊接。在材料的厚度上，攪拌摩擦焊單道焊可以實(shí)現(xiàn)厚度為0.4100mm鋁合金材料的焊接；雙道焊可以焊接180mm厚的對接板材。l 采用攪拌摩擦焊接鋁合金，接頭力學(xué)性能高于采用

28、熔化焊接。通過研究焊接速度、攪拌頭轉(zhuǎn)速、軸向壓力、攪拌頭仰角等參數(shù)對接頭性能的影響規(guī)律，并進(jìn)行參數(shù)優(yōu)化，可以找到最佳的焊接參數(shù)匹配區(qū)間。當(dāng)以這個(gè)區(qū)間內(nèi)的參數(shù)進(jìn)行FSW時(shí)，可以獲得最佳性能的FSW接頭。l 3.4 鈦合金的焊接l 攪拌摩擦焊在鈦合金焊接中的應(yīng)用也日趨廣泛，采用攪拌摩擦焊技術(shù)焊接鈦合金Ti-6 Al-4 V，可以得到高質(zhì)量的焊縫，且焊接速度快、成本低、效益好、操作簡單。l 3.5 銅合金的焊接l 攪拌摩擦焊接銅合金，可以消除熔化焊時(shí)的焊縫成形差、熱裂傾向大、難于熔合、未焊透、表面成形差等外觀缺陷、焊縫及熱影響區(qū)熱裂紋、氣孔等內(nèi)部缺陷。當(dāng)選用尺寸合適的錐形螺紋形攪拌針時(shí)，焊縫成形良好；而選用圓柱形攪拌針時(shí)，焊縫容易產(chǎn)生缺陷。這說明