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题目：浅谈搅拌摩擦焊技术应用及质量提升

发表时间：2021/5/7 来源：《基层建设》2021年第1期作者：张行王立国

[导读] 摘要：本文在详细介绍搅拌摩擦焊工作原理和搅拌摩擦焊优缺点、性能以及工业应用具体事项作了详细的阐述。

        中车长春轨道客车股份有限公司铝车体车间吉林长春 130062
        摘要：本文在详细介绍搅拌摩擦焊工作原理和搅拌摩擦焊优缺点、性能以及工业应用具体事项作了详细的阐述。并且对搅拌摩擦焊应用发展历程、质量提升进行介绍，分几个方面进行了阐述。
        关键词：搅拌摩针；轴间；搅拌摩擦焊
        引言：国内焊接技术在不断的更新换代中，现阶段最热门的焊接技术就是“搅拌摩擦焊”。本文在详细介绍搅拌摩擦焊工作原理和搅拌摩擦焊特点、性能以及工业应用，具体事项作了详细的阐述，还针对搅拌摩擦焊未来发展方向进行简单总结和论述。
        目录
        一、搅拌摩擦焊简介
        1、搅拌摩擦焊原理
        2、搅拌摩擦焊材料及性能
        3、搅拌摩擦焊技术优势及劣势
        4、搅拌摩擦焊研究现状及进展和应用
        5、搅拌摩擦焊设备
        二、工艺装备设计
        三、质量提升
        四、结束语
        1、概论：
        2、本论文的目的和意义：
        一、搅拌摩擦焊简介
        1、搅拌摩擦焊原理：
        搅拌摩擦焊的搅拌头是该技术的核心部分，由搅拌针和轴肩两部分组成。焊接过程中，搅拌头高速旋转，搅拌针深入到工件内部，轴肩紧压在工件表面（保持一定的压入量）。高速旋转的搅拌头与工件之间摩擦，产生大量的摩擦热。由于摩擦热的作用以及搅拌头的粉碎、挤压作用，搅拌头周围金属在焊接过程中将发生严重的热塑性变形，从而释放大量的塑性变形能。在摩擦热及塑性变形能的综合作用下，接头金属实现塑性流动并扩散连接，并且沿着待焊界面向前移动，对于对接焊缝，搅拌指棒的插入深度一般要略小于被焊材料的厚度。
        2、搅拌摩擦焊材料及性能：
        搅拌摩擦焊的焊接温度低于母材熔点，焊接过程中始终没有材料溶化，所以搅拌摩擦焊称之为是一种固态连接方式。基于焊接过程中始终没有材料溶化的特点，搅拌摩擦焊几乎可以焊接所有系列的铝合金材料及复合材料。对于传统的焊接方法较难焊接的2xxx和7xxx系列的高强度铝合金材料，也可实施可靠地连接。对于异种材料焊接具有优越性。搅拌摩擦焊还可以焊接其他合金材料，对复合材料搅拌摩擦焊开发研究也有一定的成绩。
        搅拌摩擦焊是通过搅拌头对被焊材料的摩擦加热、破碎、搅拌和顶锻等行为的作用，得到了比母材金属还精细的微观晶粒组织可以实现高质量的可靠焊接；与 TIG 和MIG 等熔焊方法相比较，铝合金材料的搅拌摩擦焊接头的疲劳性能具有明显的优势，这是因为搅拌摩擦焊的焊缝材料经过搅拌头的摩擦、挤压、顶锻得到的，是精细的等轴晶组织，由于焊接过程是在材料的熔点以下温度条件下完成，焊缝组织中没有熔焊经常出现的凝固偏析和凝固缺陷，接头综合性能比熔焊优良的结果。尽管搅拌摩擦焊一般情况下是单道单面焊来完成焊接，但系列疲劳试验结果表明铝合金的疲劳性能指标远超过工业设计熔焊标准
        3、搅拌摩擦焊技术优势及劣势
        搅拌摩擦焊是一种安全的焊接方法--搅拌摩擦焊是一种机械化的焊接方法，焊接质量过硬，只需要简单的普通机床设备操作防护。与熔焊方法相比，搅拌摩擦焊过程没有飞溅、烟尘、以及弧光辐射等对人体的危害；焊接过程不需要电流、电压的参与，没有高的触电危险等。
        但与某些弧焊技术相比（如薄板的激光焊）焊接速度还相对较慢；另外，基于搅拌摩擦焊本身的特点，被焊零件需要由一定的结构刚性或被牢固固定来实现焊接；焊接结束由于搅拌头的回抽，焊缝的末端留有“匙孔”，所以必要时，焊接工艺上需要添加“引焊板或出焊板”；搅拌摩擦焊过程中需要对焊缝施加巨大的顶锻压力，这也限制了搅拌摩擦焊技术在机器人等设备上的应用。

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        4、搅拌摩擦焊研究现状及进展和应用
        1995年英国焊接研究所（TWI）在中国申请了搅拌摩擦焊的专利保护，2002年北京航空制造工程研究所与英国焊接研究所签署了搅拌摩擦焊专利合作协议，并联合成立了中国首家专业化的搅拌摩擦焊技术公司——北京赛福斯特技术有限公司，主要负责搅拌摩擦焊技术的研究、应用开发、设备制造及销售等。其标志着搅拌摩擦焊在中国正式被研究、应用及开发，是中国焊接技术新的里程碑。并且国内好多高校也开始着手研究搅拌摩擦焊技术，有理由相信，搅拌摩擦焊技术在中国有着相当大的应用前景。
        铝合金的搅拌摩擦焊经历 10 年的研究发展，现在国内外已经进入大规模的工业化应用阶段尤其宇航工业、船舶制造工业、高速列车制造等工业制造领域得到了非常成功的应用。
        5、搅拌摩擦焊设备
        搅拌摩擦焊技术的发展和成熟，促进搅拌摩擦焊设备的设计、制造以及在工业制造领域的生产应用。针对不同的零部件和应用对象，世界范围内的搅拌摩擦焊设备制造商有好多，开发研制了系列化的搅拌摩擦焊专用设备，并且各种制造领域得到应用。
        二、工艺装备设计
        夹具应均匀分配，且最好为液压控制，显得更加整齐、美观实用。由于搅拌摩擦焊焊接特性决定着，焊缝部位需工装支撑，因为会有相当大的焊接压力产生。夹具力量必须进行试验及计算，特别是横向拉紧，因焊接时会产生较大的横向作用力。
        搅拌摩擦焊具有焊接时向各方向产生作用力和反作用力的特性，致使在焊接反装需要恒拉力状态，正装需要夹具处于恒位移状态，因此只能选择像液压系统这样具有恒压力或拉力的系统。在夹紧过程中应按一定顺序依次穿插配合进行操作，否则将会产生力道参差不齐，影响装配质量及焊接质量。因此在设计时考虑到这项问题，将两边夹具及横向拉梁装置油路完全独立，实现单独控制，这样就杜绝拉力传动及不稳的现象发生，而且还可大大提高装配效率。并在工装液压总线路中设有阀门，已被紧急情况和维修时使用。所有液压线路都由主线路接入一个液压工作站，液压站设定正常工作压力为一定压力值，低于此压力值自动工作升压。
        搅拌摩擦焊焊接时由于第三介质搅拌针的接入，会沿焊缝垂直方向向两边产生作用力，如果工装横向拉力不足，会使焊缝在焊接过程中发生闪缝现象，严重影响焊接质量。经试验及计算出本套工艺装备液压装置拉力可以满足中间部位拉力要求，为最合理的拉力值。但在开头和结尾处产生的作用力会增加，拉力略显不足，致使焊缝闪缝，经反复实验研究，设计出专用于开头和结尾治理闪缝问题的工具，可有效的提高其焊缝质量。
        三、质量提升
        员工熟悉搅拌摩擦焊生产工艺知识，及轨道客车的生产工艺流程，从原材料、车体焊接等整个生产过程。只有熟悉轨道客车生产过程，才能发现问题所在，才能具有较强的解决问题的能力，才能起到真正的生产的“双手”作用，保质保量的完成生产任务。
        加强业务培训，提高员工素质，组织员工进行教育培训。以更新专业知识和提高业务能力为重点，有目的、有计划、分层次对员工进行基础性、专业性的培训，为适应新时期的轨道客车质量提升工作，提供高效的焊接技术。
        关于如何提升搅拌摩擦焊质量论文，名在质量提升，精在责任，细在工艺，贵在坚持。在现代社会，企业的竞争实质是产品的竞争，而产品的竞争力主要体现在质量上，轨道客车企业要大发展，必须要视产品质量为企业竞争的核心动力。
        四、结束语
        1、概论：
        通过此论文，了解了搅拌摩擦焊的原理和特点，认识了搅拌摩擦焊的技术优势、研究现状及其工业应用、工艺辅助装置的要求，查找了许多相关资料，也得到了许多人的帮助。
        2、本论文的目的和意义：
        通过查找相关资料和文献，获得了资料，了解了搅拌摩擦焊的焊接原理、应用范围、焊接优势、劣势、接头形状、搅拌摩擦焊研究现状及进展、搅拌摩擦焊设备、搅拌摩擦焊工业应用及质量提升所具备条件。
        参考文献：
        [1]铝合金搅拌摩擦焊技术研究。机械工程学报
        [2]中国搅拌摩擦焊焊接技术的研究和焊接
        张行
        2020年4月6日