发布时间 : 星期二 文章搅拌摩擦焊实验报告 - 图文更新完毕开始阅读d49a3b847c1cfad6195fa7e0
性很好没有孔洞缺陷，有“洋葱环”的出现。从硬度试验结果看出焊核区硬度升高到80HV左右，且均匀性较好。在高倍光镜下可以看出，焊核区内弥散分布着第二相颗粒，需进一步做试验确定该颗粒的成分和结构。
在低转速600rpm下，需要重复加工6次才能使焊核区的铝和锌混合均匀，在高转速1200rpm下，重复加工4次也能使焊核区混合均匀。锌加入铝中后会有细小的第二相出现，提高铝基体的硬度。
试验参数 搅拌头（轴肩有纹） 拉伸(抗拉强度) W1800-200 218.81 224.91 拉伸(抗拉强度) W2000-200 220.26 218.95 222.57 弯曲性能 W1800-200 180度完好 180度完好 180度完好 弯曲性能 W2000-200 180度完好 180度完好 180度有裂纹 W1800-300 231.32 228.48 228.66 W2000-400 225.63 222 234.32 W1800-300 50裂断 180度有裂纹 40度裂断 W2000-400 180度有裂纹 30度裂断 30度裂断 W2000-600 228.86 233.74 215.59 W2000-600 裂断 裂断 裂断 搅拌针顶端为半球型 搅拌针顶端为平面型 搅拌针顶端为半球带凹槽型 试验参数 搅拌头（轴肩为凹弧形） 搅拌针顶端为半球型 搅拌针顶端为平面型 搅拌针顶端为四棱型 试验参数 搅拌头（轴肩有纹） 搅拌针顶端为半球型 搅拌针顶端为平面型 搅拌针顶端为半球带凹槽型 试验参数 搅拌头（轴肩为凹弧形） 搅拌针顶端为半球型 搅拌针顶端为平面型 搅拌针顶端为四棱型 6. 实验结果分析
6.1 不同转速对搅拌摩擦焊焊缝的影响[2]
从焊缝的外观来看,在转速较低时, 不能形成搅拌摩擦焊的焊缝, 搅拌头的后边是一条沟槽, 随着搅拌头转速升高, 沟槽的宽度减小, 当搅拌头转速升高一定的值时(第一临界值), 沟槽消失, 焊缝外观成形良好, 继续增加转速, 焊缝外观也没有明显的变化, 但解剖发现焊缝的外观虽然成形良好, 但焊缝中有孔洞, 随着转速的再升高, 孔洞逐渐减小, 当转速升高到一定的值时(第二临界值)孔洞消
失。
6.2 不同转速对抗拉强度的影响
在焊缝表面闭合良好时, 随着转速的提高, 接头的抗拉强度升高, 当转速升高到一定值后, 接头与母材等强。其原因是, 搅拌头转速较低时, 由转速高低与接头中孔洞大小之间的关系所决定; 随着转速升高, 当焊缝中的空洞消失形成致密的焊缝时, 由于加工硬化, 接头中的强度比母材略高, 拉伸强度试验时, 从母材断裂, 焊缝中硬度也稍高于母材。 7. 思考题
7.1 结合所学专业知识，解释为什么搅拌摩擦焊相比传统熔焊更适于焊接铝合金？
搅拌摩擦焊（FSW）实践证明是非铁金属连接工艺，它没有母材熔化、填充金属和保护气体。因为它是固态连接工艺，搅拌摩擦焊消除了传统熔焊本身存在的大多数与再凝固相关的副作用。对于铝合金，搅拌摩擦焊能避免熔焊中固有的高温，所以能连接Al和不相似的铝合金或其它包括铜、铅、锌和镁的金属合金。它能消除脆性金属间混合物产生的副作用。
7.2 哪些材料不适合采用搅拌摩擦焊焊接，为什么？请举出一两例。
我认为由于搅拌摩擦焊的焊头在高速旋转情况下会产生高温，受到焊头热硬性的影响，有较高强度和硬度且熔点较高的材料不适合搅拌摩擦焊，如耐热钢。另外，我认为延展率过高的材料（如橡胶、塑料等）也无法进行搅拌摩擦焊，因为在旋转摩擦的过程中，这些材料会粘在焊头上使焊接无法继续进行。 7.3 比较搅拌摩擦焊和摩擦焊的异同点。
摩擦焊是指，在压力作用下，通过待焊界面的摩擦使界面及其附近温度升高，材料断面达到热塑性状态，伴随着材料产生塑性流变，通过界面的分子扩散和再结晶而实现焊接的固态焊接方法。而搅拌摩擦焊实质上是摩擦焊的一种。摩擦焊技术经过长年的发展，已经发展出很多种摩擦焊接的分类：摩擦螺柱焊、摩擦堆焊、第三体摩擦焊、嵌入摩擦焊、惯性摩擦焊、搅拌摩擦焊、径向摩擦焊、线性摩擦焊和摩擦叠焊等。
拌摩擦焊方法与常规摩擦焊一样。搅拌摩擦焊也是利用摩擦热与塑性变形热作为焊接热源。不同之处在于搅拌摩擦焊焊接过程是由一个圆柱体或其他形状
（如带螺纹圆柱体）的搅拌针(welding pin)伸入工件的接缝处，通过焊头的高速旋转，使其与焊接工件材料摩擦，从而使连接部位的材料温度升高软化。同时对材料进行搅拌摩擦来完成焊接的。焊接过程如图所示。在焊接过程中工件要刚性固定在背垫上，焊头边高速旋转，边沿工件的接缝与工件相对移动。焊头的突出段伸进材料内部进行摩擦和搅拌，焊头的肩部与工件表面摩擦生热，并用于防止塑性状态材料的溢出，同时可以起到清除表面氧化膜的作用。
在焊接过程中，搅拌针在旋转的同时伸入工件的接缝中，旋转搅拌头（主要是轴肩）与工件之间的摩擦热，使焊头前面的材料发生强烈塑性变形，然后随着焊头的移动，高度塑性变形的材料逐渐沉积在搅拌头的背后，从而形成搅拌摩擦焊焊缝。搅拌摩擦焊对设备的要求并不高，最基本的要求是焊头的旋转运动和工件的相对运动，即使一台铣床也可简单地达到小型平板对接焊的要求。但焊接设备及夹具的刚性是极端重要的。搅拌头一般采用工具钢制成，焊头的长度一般比要求焊接的深度稍短。应该指出，搅拌摩擦焊缝结束时在终端留下个匙孔。通常这个匙孔可以切除掉，也可以用其它焊接方法封焊住。针对匙孔问题，已有伸缩式搅拌头研发成功，焊后不会留下焊接匙孔。
参考文献：
[1] 陈杰，张海伟，刘德佳等. 我国搅拌摩擦焊技术的研究现状与热点分析[J]. 电焊机，2011, 41(10): 92-97.
[2] 张田仓，郭德伦，陈沁刚等. 铝合金搅拌摩擦焊技术研究[J]. 机械工程学报，2011, 38(2): 127-130.