搅拌摩擦焊设备和控制系统研究现状

搅拌摩擦焊设备是实现搅拌摩擦焊过程的前提和基础,搅拌摩擦焊技术的进步需要新型搅拌摩擦焊设备的支持。对搅拌摩擦焊设备和控制系统进行了介绍,对比分析了传统设备改造的搅拌摩擦焊机、搅拌摩擦焊专机以及工业机器人在刚性、柔性、成本等方面的特点。目前,由传统设备改造的搅拌摩擦焊机和搅拌摩擦焊专机仍然是搅拌摩擦焊生产的优选设备,其在刚性方面的优势为得到高质量的焊接接头奠定了基础。利用工业机器人进行搅拌摩擦焊具有很好的前景。焊接载荷控制系统一定程度上弥补了工业机器人刚性不足的缺点,大大扩展了该类设备的应用领域。     

标准化搅拌摩擦焊设备

正中航工业北京赛福斯特技术有限公司(中国搅拌摩擦焊中心)凭借十余年搅拌摩擦焊设备制造经验,总结用户需求,逐步形成系列化、标准化搅拌摩擦焊设备。标准化搅拌摩擦焊设备包括台式和龙门式两种。台式搅拌摩擦焊系统具有高性价比、体积小,便于操作、效率高、外形美观的特点,广泛应用于科学研究及小型零件生产。龙门型搅拌摩擦焊设备机构刚性好,操作简单,适用产品范围广,可进行平板直缝、型材纵缝、筒体纵缝、筒体环缝、平面二维曲线甚至空间三维曲线的焊     

基于并联机构的五轴搅拌摩擦焊接机床设计

针对大型复杂工件及空间曲面焊接对搅拌摩擦焊接设备的焊接能力的需求,将并联机构与传统串联式设备相混连,成功设计了五轴联动搅拌摩擦焊接机床。通过对3-PRS并联运动头基本结构参数对并联运动机构性能的影响分析,设计研究了并联运动机构进行了设计研究。     

搅拌摩擦焊概述（一）

搅拌摩擦焊专栏是《现代焊接》杂志与中国搅拌摩擦焊中心合作开辟的搅拌摩擦焊技术的科普专栏，包括以下专题——搅拌摩擦焊概述，搅拌摩擦焊优点。搅拌摩擦焊原理，搅拌摩擦焊历史，搅拌摩擦焊应用，搅拌摩擦焊设备，搅拌头设计和材料，搅拌摩擦焊可控参数和过程控制，搅拌摩擦焊匙孔去除技术，搅拌摩擦焊工艺改进，搅拌摩擦焊接头性能，搅拌摩擦焊点焊，铜、镁、钛、钢的搅拌摩擦焊，搅拌摩擦焊接头及夹具设计，搅拌摩擦焊检测技术，搅拌摩擦焊质量控制等。敬请关注![编者按]     

赛福斯特 中国唯一专业的搅拌摩擦焊接工具提供商

搅拌摩擦焊工具（简称：搅拌头）是实现搅拌摩擦焊的关键和核心技术之一，被誉为搅拌摩擦焊的“心脏”。北京赛福斯特技术有限公司（中国搅拌摩擦中心）是中国专业化的搅拌摩擦焊技术研发及推广中心，我们始终将搅拌头的研发及制造作为公司的核心业务。赛福斯特公司作为国内唯一一家专业提供搅拌头的生产企业，拥有一流的搅拌头设计团队、生产加工设备、独特的热处理工艺和产品检测手段。     

AA5083铝合金的搅拌摩擦焊接工艺参数对搅拌头受力和热输入的影响(英文)

采用系统实验设计方法研究AA5083铝合金搅拌摩擦焊接工艺参数对搅拌头受力和热量输入的影响,得到了用来设计搅拌摩擦焊搅拌头和焊机的经验模型。当采用计算机来控制搅拌摩擦焊接时,这些模型可用来确定AA5083这类铝合金的摩擦焊接工艺参数、编制焊接程序及工艺参数控制。结果表明:影响轴向力和热量输入的重要参数是搅拌头转速、焊接速度和搅拌头轴肩直径,而影响纵向应力的重要参数是焊接速度和探头直径。     

压焊设备

用于电阻焊焊枪和焊机的柔性联接器；高熔点材料搅拌摩擦焊用焊具的研究。     

压焊设备

用于电阻焊焊枪和焊机的柔性联接器；高熔点材料搅拌摩擦焊用焊具的研究。     

航天工程装备(苏州)有限公司

正C型搅拌摩擦焊设备设备结构紧凑,占用空间小;焊接厚度小,成本低,性价比高小型二维摩擦焊设备采用小龙门结构、刚性好、性价比高;C轴采用蜗轮蜗杆传动方式,传动刚性好;二维随动控制,保证搅拌摩擦焊过程中焊接倾角的恒定要求。中型二维搅拌摩擦焊设备整体采用铸件结构,结构稳定,刚性优良;工作台面积大、通过空间大,适用产品范围广;工作台可根据需求调整     

2014年《电焊机》杂志专题讨论

刊登专题第4期搅拌摩擦焊新进展专题内容铝合金、镁合金和铜合金搅拌摩擦焊工艺;钢材及异种材料搅拌摩擦焊研究进展,钢的搅拌摩擦焊搅拌头设计及工艺;立式搅拌摩擦焊设备的进步;微搅拌摩擦焊设备、龙门式五轴联动搅拌摩擦焊设备系列、机器人型搅拌摩擦焊设备系列新技术新产品;搅拌摩擦点焊工艺及设备;恒压力     

搅拌摩擦微连接设备及工艺研究

由于已在航空航天及电子领域广泛应用的铝、镁合金难以实现超薄板焊接,研究设计了基于Mach3软件控制系统的搅拌摩擦微连接焊机。利用该设备进行焊接作业,宜采用轴肩直径为6～8 mm的搅拌工具针对厚度在1 mm内的薄板进行施焊,且可进行3D成型搅拌摩擦微连接,焊接热输入、焊件变形小,焊缝成形美观。Mach3软件控制系统具有优秀的兼容性、可操作性和稳定性,操作简单、维护方便并具有开放性,搅拌摩擦微连接焊机体积小、质量轻、安装方便,焊机整体稳定性高、可操作性强。     

刚性动支撑搅拌摩擦焊工艺

针对特殊结构焊缝搅拌摩擦焊难以实现静态刚性支撑的焊接难题,自主研制了平板、环缝刚性动支撑搅拌摩擦焊工艺试验装置,突破了刚性动支撑搅拌摩擦焊单面焊双面成形的关键技术,完成了2219铝合金产品工艺试验件的环缝焊接.结果表明,该工艺过程稳定、具有较好的工艺柔性,其接头质量与传统静态刚性支撑相当,拓宽了搅拌摩擦焊的应用范围.     

搅拌摩擦焊研究进展及前景展望

搅拌摩擦焊(Friction Stir Welding，简称FSW)是针对焊接性差的铝合金开发的一种新型固相焊接工艺，由英国焊接研究所TWI(The Welding Institute)于1991年开发的专利技术。文中对搅拌摩擦焊工艺进行简单介绍并对研究现状做了比较详尽的总结，涉及搅拌摩擦焊机理即塑性流体运动情况及“洋葱”圆环的形成机理、适用母材、接头微观组织、力学性能、焊接工具、复合焊接工艺及搅拌摩擦焊应用领域，并展望FWS的发展前景。     

Ti6Al4V钛合金背部加热辅助搅拌摩擦焊的温度场研究

以Ti6Al4V钛合金为研究对象,基于有限元软件Abaqus,建立了搅拌摩擦焊接过程的有限元分析模型,研究了传统搅拌摩擦焊及背部加热搅拌摩擦焊的焊接温度场。结果表明,采用合理的焊接工艺参数可使传统搅拌摩擦焊与背部加热搅拌摩擦焊的温度峰值接近,且温度峰值出现在搅拌头的后方。相比于传统搅拌摩擦焊,背部加搅拌摩擦焊过程中搅拌头前部的高温区域更大且温度梯度较小,有利于降低搅拌头的磨损。     

铝合金双面搅拌摩擦焊初步研究

提出了双面搅拌摩擦焊这种新的焊接方法，对比研究了6K32-T4铝合金搅拌摩擦焊与双面搅拌摩擦焊接头的组织和硬度，并对双面搅拌摩擦焊焊缝进行了XRD分析。研究发现：铝合金双面搅拌摩擦焊与搅拌摩擦焊焊缝组织分区相同；双面搅拌摩擦焊焊缝的硬度略低于搅拌摩擦焊，且焊缝硬度下降区域范围更大；双面搅拌摩擦焊后焊缝依然保持为原有相组成；双面搅拌摩擦焊比搅拌摩擦焊焊接线能量更大，采用双面搅拌摩擦焊代替搅拌摩擦焊有利于提高焊接效率并消除焊缝隧道型缺陷、改善焊缝的性能。     

先进的搅拌摩擦焊

搅拌摩擦焊是利用一种特殊形式的搅拌头边旋转边前进，通过搅拌头与工件的摩擦产生热量，摩擦热使该部位金属处于热塑性状态，并在搅拌头的压力作用下从其前端向后部塑性流动，从而使待焊件压焊为一个整体。它可以焊接所有牌号的铝合金以及用熔焊方法难以焊接的材料，并突破了普通摩擦焊对轴类零件的限制。由于搅拌摩擦焊是固态焊接，所以没有熔化焊时的气孔、裂纹等缺陷。搅拌摩擦焊的接头性能普遍优于熔化焊的。     

超声对不同铝合金搅拌摩擦焊接头性能的影响

利用自行研制的超声搅拌摩擦焊机分别对2219,7A52,LF21铝合金进行了常规搅拌摩擦焊和超声搅拌摩擦焊两种不同焊接的试验,并对常规搅拌摩擦焊与超声搅拌摩擦焊焊缝的微观组织、拉伸断口形貌进行了对比分析.结果表明,超声搅拌摩擦焊与常规搅拌摩擦焊相比热影响区几乎消失;超声搅拌摩擦焊焊缝焊核区组织比常规搅拌摩擦焊焊核区组织晶粒更加细小;断口扫描电镜图显示母材断口韧窝具有非等轴状待征,韧窝边上撕裂棱明显表明为韧性断裂;超声搅拌摩擦焊断口韧窝撕裂棱不明显;超声搅拌摩擦焊比常规搅拌摩擦焊的平均抗拉强度有所提高,但断后伸长率有所降低.     

工艺参数对搅拌摩擦焊洋葱圆环形成的影响

搅拌摩擦焊中焊缝材料的流动对焊件性能有很大影响，洋葱圆环是搅拌摩擦焊焊焊核区中材料流动的集中体现，文中对5mm厚的1060、3003铝合金板材进行了搅拌摩擦焊连接，通过对其焊核区腐蚀后的形貌观察分析研究了不同工艺参数下材料的流动形态，结果表明，工艺参数对搅拌摩擦焊焊核区洋葱圆环的形成有很大影响，采用较高的搅拌头转速和合适的焊接速度可获得稳定，质量良好的搅拌摩擦焊接头。     

基于数值模拟的搅拌摩擦焊接成形缺陷预测

采用DEFORM-3D软件建立了搅拌摩擦焊三维热-力耦合有限元模型,通过数值模拟研究了不同工艺参数条件下预测搅拌摩擦焊成形缺陷的方法。将数值模拟的缺陷预测结果与实验结果进行对比,验证了本模型进行缺陷预测的可行性。为了研究焊缝成形缺陷产生的原因,对比分析了搅拌倾角、焊速等工艺参数影响搅拌摩擦焊温度及材料流动的规律,结果表明,增大搅拌头倾角可明显增加焊缝前进侧材料的焊接温度,增大焊速会小幅降低前进侧根部材料的焊接温度。同时,增大搅拌头倾角可增大搅拌头后方材料的接触压力,相应地可增大其摩擦驱动力,促使材料产生塑性流动;但增大焊速,会使接触压力降低,使材料因摩擦驱动力不足而流速过小,甚至停止流动形成孔洞型缺陷。     

钛合金的搅拌摩擦焊探索

通过对钛合金热物理性能分析，比较了钛合金的搅拌摩擦焊特性；针对钛合金的特点特别设计和使用了可以满足钛合金搅拌摩擦焊的搅拌头、垫板、冷却和保护装置等；并且对Ti-6Al-4V钛合金的搅拌摩擦焊焊缝和接头进行了观察分析，还对接头力学性能进行了测试，初步试验结果表明搅拌摩擦焊可以实现钛合金焊接，接头强度可以达到母材强度90％以上，但是搅拌摩擦焊工艺、参数、搅拌头还需要进一步优化，性能指标还可以进一步提高。