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1、毕业设计说明书题目： 铝合金的搅拌摩擦焊姓 名：学 号：指导老师:摘要铝及铝合金是工业中应用最广泛的一类有色金属结构材料，铝合 金具有良好的耐蚀性、较高的比强度和导热性以及在低温下能保持良 好力学性能等特点，在航空航天、汽车、电工、化工、交通运输、国 防等工业部门被广泛地应用。随着近年来科学技术以及工业经济的飞 速发展，对铝合金焊接结构件的需求日益增多，使铝合金的焊接性研 究也随之深入。铝合金的广泛应用促进了铝合金焊接技术的发展，同 时焊接技术的发展又拓展了铝合金的应用领域，因此铝合金的焊接技 术正成为研究的热点之一。英国焊接研究所(The Welding Ins titut e)发明的搅拌摩
2、擦焊为 轻金属材料的连接提供了新的方法和途径。自从搅拌摩擦焊摩擦焊发 明以来搅拌摩擦焊技术得到广泛的关注和深入的研究。特别是针对铝 合金材料，世界范围的研究机构、学校以及大公司都对此进行了深入 细致的研究和工程应用开发并且在诸多工业制领域得到了成功应用。本文详细介绍了搅拌摩擦焊原理、特点，并且针对铝合金的搅拌 摩擦焊特点、性能以及工业应用作了详细的阐述同时对搅拌摩擦焊 在中国市场的发展和应用作了简略介绍和预测。关键词：铝及铝合金搅拌摩擦焊焊接方法焊接特点AbstractAluminum and aluminum alloy is a kind of nonferrous metal struc
3、ture material widely used in industry, aluminum alloy has high corrosion resistance, good strength and thermal conductivity as well as in the low temperature can keep good mechanical properties and other characteristics, in the aerospace, automotive, electrical, chemical, transportation, national de
4、fense and other industrial sectors are widely used. In recent years with the rapid development of science and technology and industrial economy, structure of the growing demand for aluminum alloy welding, so the aluminum alloy welding research also further. Aluminum alloy is widely used to promote t
5、he development of welding technology of aluminum alloy, the welding technology development and expanding the application field of aluminum alloy, so the aluminum alloy welding technology is becoming one of the hot research topics.British Welding Research Institute (The Welding Institute) the inventi
6、on of the friction stir welding for light metal materials is connected and provided a new approach to. Since the invention of the friction stir welding friction welding, friction stir widely attention and deeply research get welding technology. Especially for aluminum alloy material, worldwide resea
7、rch schools and large companies have conducted in-depth study and engineering application and has been successfully applied in many industrial fields.This paper introduces the principle and the characteristics of friction welding and stirring in aluminum alloy friction stir welding properties and in
8、dustrial applications are described in detail the development and application of friction stir welding in the Chinese market are briefly introduced and predicted.Keywords: Aluminium and aluminium alloy Friction stir welding Wedngprocess Welding characteristics目录摘要1英文摘要 2 第一章 铝的特点 41. 铝的焊接特点42. 铝及铝合金
9、的焊接方法5第二章 搅拌摩擦焊接71. 搅拌摩擦焊接原理82. 搅拌摩擦焊接方法83. 搅拌头与搅拌摩擦焊设备94. 搅拌摩擦焊特点11第三章 铝合金的搅拌摩擦焊 141铝合金的搅拌摩擦焊接工艺142. 铝合金常用焊接规范193. 铝合金搅拌摩擦焊接接头性能204. 搅拌摩擦焊缺陷及预防方法22第四章 搅拌摩擦焊的应用及前景 251. 铝合金搅拌摩擦焊的应用现状 252. 铝合金搅拌摩擦焊的发展 趋势27 第五章 总结 2 8 参考文献 29第一章 铝的特点1、铝的焊接特点（1）铝在空气中及焊接时极易氧化，生成的氧化铝（A12O 3）熔点 高、非常稳定，不易去除。阻碍母材的熔化和熔合，氧化膜的
10、比重大， 不易浮出表面， 易生成夹渣、未熔合、未焊透等缺欠。铝材的表面 氧化膜和吸附大量的水分，易使焊缝产生气孔。焊接前应采用化学或 机械方法进行严格表面清理，清除其表面氧化 膜。在焊接过程加强 保护，防止其氧化。钨极氩弧焊时，选用交流电源，通过“阴极清理” 作用，去除氧化膜。气焊时，采用去除氧化膜的焊剂。在厚板焊接时， 可 加大焊接热量，例如，氦弧热量大，利用氦气或氩氦混合气体保 护，或者采用大规范的熔化极气体保护焊，在直流正接情况下，可不 需要“阴极清理”。（2）铝的热导率和比热容均约为碳素钢和低合金钢的两倍多。 铝的热导率则是奥氏体不锈钢的十几倍。在焊接过程中，大量的热量 能被迅速传导到
11、基体金属内 部，因而焊接铝时，能量除消耗于熔化 金属熔池外，还要有更多的热量无谓消耗于金属其他部位，这种无用 能量的消耗要比钢的焊接更为显著，为了获得高质量的焊 接接头， 应当尽量采用能量集中、功率大的能源，有时也可采用预热等工艺措 施。（3）铝的线膨胀系数约为碳素钢和低合金钢的两倍。铝凝固时 的体积收缩率较大，焊件的变形和应力较大，因此，需采取预防焊接 变形的措施。铝焊接熔池凝 固时容易产生缩孔、缩松、热裂纹及较 高的内应力。生产中可采用调整焊丝成分与焊接工艺的措施防止热裂 纹的产生。在耐蚀性允许的情况下，可采用铝硅合金焊丝 焊接除铝 镁合金之外的铝合金。在铝硅合金中含硅 0.5时热裂倾向较
12、大，随 着硅含量增加，合金结晶温度范围变小，流动性显著提高，收缩率下 降，热裂倾向也相应减小。根据生产经验，当含硅5%6%时可不 产生热裂，因而采用SAlSi条（硅含量4. 5%6%）焊丝会有更好的 抗裂性。（4）铝对光、热的反射能力较强，固、液转态时，没有明显的 色泽变化，焊接操作时判断难。高温铝强度很低，支撑熔池困难，容 易焊穿。（5）铝在液态能溶解大量的氢，固态几乎不溶解氢。在焊接熔 池凝固和快速冷却的过程中，氢来不及溢出，极易形成氢气孔。弧柱 气氛中的水分、焊接材料及母材表面氧化膜吸附的水分，都是焊缝中 氢气的重要来源。因此，对氢的来源要严格控制，以防止气孔的形 成。（6）母材基体金属
13、如为变形强化或固溶时效强化时，焊接热会 使热影响区的强度下降。（7）铝为面心立方晶格，没有同素异构体，加热与冷却过程中 没有相变，焊缝晶粒易粗大，不能通过相变来细化晶粒。2、 铝及铝合金的焊接方法铝合金的焊接方法很多，各种方法有其不同的应用场合。除了 传统的熔焊、电阻焊、气焊方法外，其他一些焊接方法(如等离子 弧焊、电子束焊、真空扩散焊等)也可以容易地将铝合金焊接在一起。根据铝及铝 合金的牌号、焊件厚度、产品结构以及对焊接性的 要求等选择。(1) 气焊 氧一乙炔气焊火焰的热功率低，热量较分散，因此 焊件变形大、生产率低。用气焊焊接较厚的铝焊件时需预热，焊后 的焊缝金属不但 晶粒粗大、组织疏松，
14、而且容易产生氧化铝夹杂、 气孔及裂缝等缺陷。这种方法只用于厚度范围在0.510伽的不重 要铝结构件和铸件的焊补上。(2) 钨极氩弧焊 这种方法是在氩气保护下施焊，热量比较集 中，电弧燃烧稳定，焊缝金属致密，焊接接头的强度和塑性高，在 工业中获得起来越广泛 的应用。钨极氩弧焊用于铝合金是一种较完 善的焊接方法，但钨极氩弧焊设备较复杂，不宜在室外露天条件下 操作。(3) 熔化极氩弧焊 自动、半自动熔化极氩弧焊的电弧功率大, 热量集中，热量影响区小，生产效率比手工钨极氩弧焊可提高23 倍。可以焊接厚度在50血以下的纯铝及铝合金板。例如，焊接厚 度30血的铝板不必预热，只焊接正、反两层就可获得表面光滑
15、、 质量优良的焊缝。半自动熔化 极氩弧焊适用于定位焊缝、断续的短 焊缝及结构形状不规则的焊件，用半自动氩弧焊焊炬可方便灵活地进 行焊接，但半自动焊的焊丝直径较细，焊缝的气孔敏感性较大。(4) 脉冲氩弧焊 钨极脉冲氩弧焊 用这种方法可明显改善小 电流焊接过程的稳定性，便于通过调节各种工艺参数来控制电弧功 率和焊缝成形。焊件变形小、热影响区小，特别适用于薄板、全位 置焊接等场合以及对热敏感性强的锻铝、硬铝、超硬铝等的焊接。(5) 电阻点焊 可用来焊接厚度在4血以下的铝合金薄板。 对于质量要求较高的产品可采用直流冲击波点焊、缝焊机焊接。焊接 时需要用较复杂的设备，焊接电流大、生产率较高，特别适用于大批 量生产的零、部件。(6) 搅拌摩擦焊 搅拌摩擦焊是一种可用于各种合金板焊接的 固态连接技术。与传统熔焊方法相比，搅拌摩擦焊无飞溅、无烟尘， 不需要添加焊丝和保护气体，接头无气孔、裂纹。与普通摩擦相比， 它不受轴类零件的限制，可焊接直焊缝。这种焊接方法还有一系列其 它优点，如接头的力学性能好、节能、无污染、焊前准
