#搅拌摩擦焊介绍

搅拌摩擦焊是一种固态连接技术，由英国焊接研究所（TWI）在 1991 年发明。它通过一个旋转的搅拌头与工件表面摩擦产生热量，同时在搅拌头的搅拌作用下，材料发生塑性流动，从而实现金属的连接。

#英国焊接研究所（TWI）简介

英国焊接研究所（TWI）是国际上著名的独立技术研究机构之一，公司建于 1946 年，位于英国剑桥南部的Granta Park高科技园区内。

TWI 主要帮助工业企业或研究单位解决材料连接领域中的难题以及相关技术问题（如表面处理，涂层，封装，切割等领域中的问题）。

TWI 是目前世界上唯一有能力提供和研究各种材料，包括金属，塑胶，陶瓷，复合材料和微电子元件等的连接技术的研究机构。

TWI 向会员们提供技术服务使其发展业务、节约成本、增强安全性、降低风险并提高效益。

TWI 提供服务的领域囊括了航空、汽车、建筑、电子及传感器、焊接设备、焊接用材料、医疗、交通、石油、天然气及化工工业、电力、铁路和船舶制造等。

TWI 业务的很重要一部分是培训，面向初学者到工艺资深者，提供一系列面对企业的工艺培训。并且，TWI 可对认证者提供一系列的与国际行业标准相配套的认证体系。

TWI 拥有超过 30 年的培训和认证经验，并且面向所有的企业单位，在国际上被认为最大并且最权威的焊接和检测培训组织之一。

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#特点

• 固态连接：焊接过程中不产生熔化，避免了熔化焊常见的缺陷。
• 低变形：焊接热影响区小，变形量小，适合精密焊接。
• 高效率：焊接速度快，生产效率高。
• 环境友好：焊接过程中无需添加焊丝或填充材料，不产生烟尘和有害气体，是一种绿色焊接技术。

#原理

搅拌摩擦焊的基本原理是利用非消耗性工具（搅拌针）在待焊金属表面产生摩擦热。搅拌针通常由硬质合金制成，具有特殊的形状，如针状或螺旋状。当搅拌针旋转并沿着焊接路径移动时，它将金属材料从前方推向后方，同时产生的热量使材料达到热塑性状态，但不熔化。这样，材料在搅拌针的机械作用下重新结晶，形成牢固的焊缝。

#应用

• 航空航天：用于制造飞机机翼、机身等结构部件。
• 汽车行业：用于制造汽车车身、发动机部件等。
• 船舶制造：用于制造船体结构和甲板。
• 建筑行业：用于制造大型钢结构。
• 其他领域：如建筑、桥梁、管道等的金属结构焊接。

#搅拌头结构

搅拌头由轴肩和搅拌针组成，轴肩与工件表面接触产生摩擦热，搅拌针深入材料内部，搅拌并塑化材料。

#焊接过程

1. 预热阶段：搅拌头旋转并接触工件表面，产生摩擦热。
2. 塑化阶段：搅拌针旋转并插入工件，材料在搅拌针作用下塑化。
3. 焊接阶段：搅拌头沿焊缝移动，塑化材料在搅拌针后方重新凝固形成焊缝。
4. 冷却阶段：搅拌头离开工件，焊缝冷却固化。

#焊接参数

• 旋转速度：旋转速度决定了搅拌头与材料摩擦产生的热量，是影响焊接质量的关键参数。
• 焊接速度：焊接速度决定了焊接热输入量，影响焊接效率和焊缝质量。
• 压力：搅拌头对工件的压力影响材料的塑化程度和焊缝的形成。

#焊接材料

• 铝合金：FSW 技术在铝合金焊接中应用最为广泛。
• 其他材料：铜合金、镁合金、钛合金等。

#质量检测

焊接缺陷类型

在搅拌摩擦焊过程中，会出现以下几种常见的焊接缺陷：

• 孔洞：由于焊接过程中气体未能及时逸出，导致焊缝内部形成孔洞。
• 未焊透：焊接热输入不足或搅拌不充分，导致焊缝未能完全连接。
• 裂纹：焊接应力过大或材料性能不匹配，可能导致焊缝或热影响区出现裂纹。
• 表面缺陷：如飞边、沟槽等，这些缺陷可能影响焊缝的外观和性能。

为了确保焊接质量，可以采用以下几种检测方法：

• 视觉检查：通过肉眼或放大镜检查焊缝的外观，包括焊缝的连续性、表面平整度等。
• 渗透检测：适用于检测焊缝表面的微小裂纹和孔洞，通过渗透液的渗透和显示来发现缺陷。

三坐标测量机方法：

• 焊缝尺寸测量：精确测量焊缝的宽度、高度、深度等尺寸，确保其符合设计要求。
• 形状和位置精度检测：检测焊缝的直线度、平面度、位置度等，确保焊接质量满足产品设计标准。

其他检测方法：

• 硬度测试：通过硬度测试来评估焊缝区域的硬度变化，确保焊接区域的力学性能。
• 拉伸测试：对焊接试样进行拉伸测试，评估焊缝的强度和塑性。
• 疲劳测试：对焊接试样进行疲劳测试，评估焊缝在循环载荷下的耐久性。

#结论

搅拌摩擦焊是一种高效、环保的焊接技术，它在许多领域都有广泛的应用前景。随着技术的发展和完善，搅拌摩擦焊有望在未来的制造业中扮演更加重要的角色。