攪拌摩擦焊技術(shù)PPT課件

.,1,說課人：王小明,1說課,攪拌摩擦焊,.,2,1.1教學(xué)內(nèi)容與目標(biāo),教學(xué)內(nèi)容：攪拌摩擦焊的發(fā)展歷程；攪拌摩擦焊的基本原理；攪拌摩擦焊的工藝特點(diǎn)及重要的工藝參數(shù)；攪拌摩擦焊的發(fā)展現(xiàn)狀和應(yīng)用領(lǐng)域。重點(diǎn)與難點(diǎn)：攪拌摩擦焊的基本原理；攪拌摩擦焊的工藝特點(diǎn)及重要的工藝參數(shù)。知識目標(biāo)：掌握攪拌摩擦焊的基本原理；掌握攪拌摩擦焊的工藝參數(shù)及特點(diǎn)；了解其發(fā)展及應(yīng)用。能力目標(biāo)：培養(yǎng)學(xué)生對攪拌摩擦焊的工藝設(shè)計能力。素質(zhì)目標(biāo)：形成焊接技術(shù)的自主學(xué)習(xí)和分析方法。,.,3,1.2學(xué)情分析,授課對象：大學(xué)三年級第二學(xué)期材料專業(yè)學(xué)生。學(xué)生分析：學(xué)生前期已經(jīng)學(xué)習(xí)了材料成型原理的基本知識，其課程內(nèi)容已經(jīng)簡單的介紹了常見的焊接工藝，但基本是熔化焊的方法與工藝，幾乎不涉及固相焊技術(shù)，更不了解攪拌摩擦焊的基本原理及其工藝。因此通過攪拌摩擦焊的學(xué)習(xí)，使學(xué)生對焊接技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用進(jìn)行全面的學(xué)習(xí)和運(yùn)用。,.,4,1.3教學(xué)設(shè)計,教學(xué)方法：采用圖形結(jié)合及動畫演示教學(xué)，重點(diǎn)講述攪拌摩擦焊的工作原理、焊接工藝及重要參數(shù)。提煉課程結(jié)構(gòu)主線：以攪拌摩擦焊的工藝為課程教學(xué)結(jié)構(gòu)主線，幫助學(xué)生盡快掌握攪拌摩擦焊的原理，能夠根據(jù)不同的材料和結(jié)構(gòu)設(shè)計合理的焊接工藝。增強(qiáng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力和工程應(yīng)用能力：采用圖片展示和動畫演示的分析方法，啟發(fā)學(xué)生自主分析攪拌摩擦焊的原理與工藝，同時培養(yǎng)學(xué)生實際運(yùn)用和操作能力。,.,5,攪拌摩擦焊,主講：王小明,2講課,.,6,1991年,英國焊接研究所（TheWeldingInstitute-TWI）發(fā)明了攪拌摩擦焊（FrictionStirWelding-FSW,1997年，被日立公司、阿爾斯通公司等大型列車制造商廣泛用于鋁合金車體的制造中，在列車制造領(lǐng)域逐漸取代了熔焊技術(shù)。,2.1攪拌摩擦焊的發(fā)展歷程,.,7,1995年，英國焊接研究所在中國申請了攪拌摩擦焊技術(shù)發(fā)明專利，并于1999年正式獲得國家專利局批準(zhǔn)。,2002年，英國焊接研究所與中國航空工業(yè)集團(tuán)公司北京航空制造工程研究所簽定了專利授權(quán)協(xié)議，并聯(lián)合成立了中國攪拌摩擦焊中心（北京賽福斯特技術(shù)有限公司是該中心的企業(yè)化運(yùn)營實體），致力于在中國地區(qū)（包括臺、港、澳）推廣這項新技術(shù)。,中國第一臺12m長寬幅型材攪拌摩擦焊設(shè)備,2.1攪拌摩擦焊的發(fā)展歷程,.,8,2.2攪拌摩擦焊接的基本原理,攪拌摩擦焊是利用摩擦熱作為焊接熱源的一種固相連接方法，但與常規(guī)摩擦焊有所不同。在進(jìn)行攪拌摩擦焊接時，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，使接縫處材料溫度升高而軟化，同時，攪拌焊頭邊旋轉(zhuǎn)邊沿著接縫與焊件做相對運(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。,.,9,攪拌摩擦焊原理圖,攪拌摩擦焊的焊接過程，可以分解為4個不同階段：旋轉(zhuǎn)、插入、焊接、離開。,旋轉(zhuǎn),插入,焊接,離開,2.2攪拌摩擦焊接的基本原理,.,10,焊接接頭的示意圖,2.2攪拌摩擦焊接的基本原理,.,11,(V=14m/h),(V=38m/h),(V=28m/h),鋁合金攪拌摩擦焊宏觀形貌,2.2攪拌摩擦焊接的基本原理,.,12,2.3攪拌摩擦焊接的重要工藝參數(shù),FSW焊接的重要工藝參數(shù)主要有攪拌頭的形狀、攪拌頭的位置、攪拌頭的轉(zhuǎn)速、焊接速度、接頭精度以及材料拘束等。這些參數(shù)對接頭穩(wěn)定性和焊接質(zhì)量的非常重要。,.,13,攪拌摩擦焊的工藝參數(shù),2.3攪拌摩擦焊接的重要工藝參數(shù),.,14,2.4攪拌摩擦焊接的特點(diǎn),攪拌摩擦焊具有的優(yōu)點(diǎn)：,攪拌摩擦焊是一種固相連接技術(shù)，接頭性能優(yōu)異。,焊前不需要開坡口，可以節(jié)省焊前準(zhǔn)備工時。,焊接過程中不需要保護(hù)氣，也不需要填充材料。,焊接過程容易實現(xiàn)自動化，可以實現(xiàn)全位置焊接，接頭質(zhì)量一致性好。,.,15,攪拌摩擦焊具有的優(yōu)點(diǎn)：,焊接熱輸入小，從而導(dǎo)致焊接變形小、接頭殘余應(yīng)力水平低，是一種低應(yīng)力、小變形焊接技術(shù)。,焊接過程中無飛濺、無弧光、無輻射，是一種綠色焊接技術(shù)。,焊接效率高、能耗低，是一種高效焊接技術(shù)。,2.4攪拌摩擦焊接的特點(diǎn),.,16,攪拌摩擦焊存在的主要問題：,（1）焊縫無增高,在接頭設(shè)計時要特別注意這一特征。焊接角接接頭受到限制，接頭形式必須特殊設(shè)計。,（2）需要對焊縫施加大的壓力，限制了攪拌摩擦焊技術(shù)在機(jī)器人等設(shè)備上的應(yīng)用。,（3）焊接結(jié)束時，由于攪拌頭的回抽在焊縫中往往殘留攪拌指棒的孔，所以必要時，焊接工藝上需要添加“引焊板或退出板”。,2.4攪拌摩擦焊接的特點(diǎn),.,17,攪拌摩擦焊存在的主要問題：,（4）被焊零件需要由一定的結(jié)構(gòu)剛性或被牢牢固定來實現(xiàn)焊接；在焊縫背面必須加一耐摩擦力的墊板。,（5）要求對接頭的錯邊量及間隙大小必需嚴(yán)格控制。,（6）目前只限于對輕金屬及其合金的焊接。,總之，與熔焊相比，它是一種高質(zhì)量、高可靠性、高效率、低成本的綠色連接技術(shù)。,2.4攪拌摩擦焊接的特點(diǎn),.,18,復(fù)合焊接技術(shù)：,（1）感應(yīng)線圈輔助加熱攪拌摩擦焊工藝在旋轉(zhuǎn)工具的前方采用移動式感應(yīng)線圈來當(dāng)作熱源。當(dāng)材料受到熱能作用后將會產(chǎn)生塑化現(xiàn)象，攪拌摩擦焊接工具的主要作用為控制材料的塑性流動形態(tài)，且可破壞存在于工件表面的氧化薄膜。然而此改良的工藝無法利用感應(yīng)線圈在特定位置上予以精確加熱。（2）激光輔助攪拌摩擦焊工藝激光能的高溫作用將會使位于旋轉(zhuǎn)工具前方的工件軟化，因此僅需施以較小的工作負(fù)荷即能驅(qū)使旋轉(zhuǎn)工具移動。另外，該系統(tǒng)更具有另一優(yōu)越性:即使在高速焊接狀態(tài)下,亦不會造成旋轉(zhuǎn)工具的過度磨損。,2.5攪拌摩擦焊接的發(fā)展現(xiàn)狀,.,19,2.5攪拌摩擦焊接的發(fā)展現(xiàn)狀,復(fù)合焊接技術(shù)：,（3）載流攪拌摩擦復(fù)合焊基于內(nèi)生電阻熱攪拌摩擦熱復(fù)合的載流攪拌摩擦復(fù)合焊接(RFSW)新技術(shù)。在攪拌摩擦焊的過程中，在工件焊縫方向上通以電流，該電流與其流經(jīng)的焊縫和摩擦攪拌焊接區(qū)的接觸電阻產(chǎn)生電阻熱，該電阻熱和攪拌摩擦熱形成攪拌摩擦的復(fù)合熱源。可用于碳鋼、不銹鋼、高溫合金等結(jié)構(gòu)材料的攪拌摩擦焊接、焊前熱處理和焊后熱處理。對于解決高熔點(diǎn)金屬攪拌摩擦焊接的難題提供了新的研究思路和方法，對于快速高效的低熔點(diǎn)金屬攪拌摩擦焊接也具有改善和促進(jìn)作用，能夠解決FSW焊接高熔點(diǎn)金屬所面臨的一些挑戰(zhàn)。,.,20,復(fù)合焊接技術(shù)：,a)預(yù)熱的作用,b)熱處理的作用,載流-攪拌摩擦焊裝置示意圖,2.5攪拌摩擦焊接的發(fā)展現(xiàn)狀,.,21,目前鋁合金仍將是攪拌摩擦焊的主要被焊材料，而鎂合金、銅合金、不銹鋼、碳鋼以及異種金屬的攪拌摩擦焊也將會成為研究熱點(diǎn)。不同材料的攪拌摩擦焊焊接工藝、有限元數(shù)值模擬以及焊后接頭性能和接頭焊后加工處