搅拌摩擦点焊
新型绿色环保焊接技术——搅拌摩擦点焊
摘要
面对节能减排和环境保护要求，一种新型的绿色环保焊接技术——搅拌摩擦点焊技术应运而生，作为在搅拌摩擦焊基础上发展起来的一种新型固相焊接技术，其接头质量高、变形小、焊接质量稳定，并且具有减轻结构重量、降低制造成本及节省能源等一系列优点。本文介绍了搅拌摩擦点焊的固相连接机理，工艺流程，以及技术特点，并举例说明其在汽车工业和航空工业的发展应用状况。
关键词：搅拌摩擦点焊；电阻点焊；铆接；熔焊；车身；航空铝材
目录
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摘要 ......................................................................................................................................... I 目录 ........................................................................................................................................ I I
1 绪论 (1)
2 搅拌摩擦点焊的固相连接机理 (2)
2.1 搅拌摩擦焊技术简介 (2)
2.2搅拌摩擦点焊技术介绍 (2)
3 搅拌摩擦点焊的工艺流程 (4)
4 搅拌摩擦点焊的技术特点 (4)
4.1 与电阻点焊（RSW）对比的优点 (4)
4.1.1 生产成本与能源消耗 (4)
4.1.2 接头质量 (5)
4.2 与铆接对比的优点 (6)
4.2.1 生产成本与能源消耗 (6)
4.2.2 接头质量 (6)
5搅拌摩擦点焊在汽车工业和航空工业的应用状况 (7)
5.1 搅拌摩擦点焊在汽车工业的应用状况 (7)
5.2 搅拌摩擦点焊在航空工业的应用状况 (8)
6 全文结论 (9)
参考文献 (9)
1 绪论
1 绪论
1.1引言
随着全球资源与环境保护问题的日趋严峻，运载工具的轻量化设计成为汽车、航空航天等制造领域的发展方向。一方面采用铝合金代替传统的钢材料，另一方面通过高效的新型工艺技术提高产品的可靠性并降低产品重量。铝合金作为运载工具的主要制造材料，其主要连接方式是焊接和铆接。在欧洲汽车车体生产中，常用的连接技术是YAG激光焊接方法，在日本车体制造中常用电阻点焊方法，运载火箭贮箱的制造过程中要大量应用电阻点焊和铆接技术，而航空飞行器的制造过程更需要广泛采用铆接技术。电阻点焊生产效率高、操作灵活性好，但也存在许多局限性，主要表现在：a.焊接过程需要提供大电流，耗能大；b.铝合金表面氧化膜造成电极寿命明显缩短；c.由于焊接大电流的作用，工件将产生明显的热变形，且焊缝中易出现缺陷和焊点质量不稳定，接头质量差；d.焊接过程中有飞溅，点焊工作环境差。铆接是铝合金构件中一种常用的连接技术，但是采用铆接技术一方面会增加铝合金构件的重量，另一方面在铆接过程中会产生大量的噪音，生产环境恶劣，另外，铆接技术需要在铝合金构件上预开孔，增加了生产成本。因此，研究开发铝合金新的点焊连接技术替代传统的电阻点焊和铆接技术，对扩大铝合金在汽车工业的应用，推动汽车轻量化发展以及提高航空、航天运载能力具有十分重要的意义。
搅拌摩擦点焊（Friction Stir Spot Welding，FSSW）是在“线性”搅拌摩擦焊接基础上，新近研究开发的一种创新的焊接技术[1]。FSSW可以形成点焊的搭接接头，其焊缝外观与通常应用于铝合金构件的电阻点焊类似，因而具有很高的应用价值和研究意义。
2搅拌摩擦点焊的固相连接机理
2.1 搅拌摩擦焊技术简介
搅拌摩擦焊(Friction Stir Welding, FSW)是由英国焊接研究所TWI(The Welding Institute)于1991年提出的新型焊接技术，最初该技术主要是针对铝合金的焊接而提出[2]，随后则被迅速而广泛地应用于厚度介于1-50mm之间的钛合金、镁合金、锌合金、铜合金以及钢铁材料的焊接。搅拌摩擦焊的基本原理如图1所示。在焊接过程中，高速旋转的搅拌头压入待焊工件，搅拌头在工件内部进行搅拌和摩擦，使得位于连接部位附近的材料温度迅速升高，发生塑性流动及变形；同时轴肩与工件表面摩擦生热，并防止处于塑性状态的材料溢出。搅拌头相对于被焊工件做直线运动，处于高度塑性变形的材料流向搅拌头背后，在轴肩的压力作用下结合在一起，从而形成搅拌摩擦焊缝。
图1 搅拌摩擦焊示意图
搅拌摩擦缝焊过程中，在摩擦热、塑性变形和粘性耗散的共同作用下，搅拌区内的温度可以达到被焊材料的固相线温度。搅拌摩擦缝焊的接头主要由三部分组成，即搅拌区、热机械影响区和热影响区，其中搅拌区由细小的等轴晶组成；与搅拌区紧邻的是热机械影响区，由被拉长的晶粒和部分动态再结晶的晶粒组成；而热影响区则位于热机械影响区和母材之间，一般而言位于该区域的晶粒比较粗大。由于焊接过程中工艺参数的选择决定了能量输入的大小，因此搅拌头旋转速度和行驶速度对接头的微观组织结构和力学性能具有重要的影响。
2.2 搅拌摩擦点焊技术简介
搅拌摩擦点焊(Friction Stir Spot Welding, FSSW)是在搅拌摩擦缝焊的基
础上新近研究开发的一种创新的焊接技术，其基本原理与缝焊相同，搅拌头高速旋转，与工件之间摩擦生热，使得位于搅拌头附近的材料处于塑性状态并且发生流动，在轴肩轴向力的作用下完成两块工件之间的连接，形成点焊接头。区别在于在搅拌摩擦点焊过程中，搅拌头相对工件不做直线运动，焊接完成后仅在固定位置得到一个点焊接头。由于搅拌摩擦点焊接头，其外观与通常应用于汽车车体组装的电阻点焊相类似，因此能否将搅拌摩擦点焊技术应用于汽车和航空航天领域，引起了研究领域的极大关注。与传统的电阻点焊等连接技术相比，搅拌摩擦点焊技术具有如下优点[3]：
1) 接头质量高。焊接过程中热输入较少，温度低，接头几乎没有热变形，焊接质量稳定；
2) 节省能源、降低成本。Mazda 公司的研究表明，搅拌摩擦点焊所消耗的能量可以降低 99%，从电阻点焊的每焊点 40Wh 降低到每焊点 0.4Wh，即搅拌摩擦点焊每焊点电能消耗仅为电阻点焊的 1%；
3) 工艺过程简单，设备投资降低。搅拌摩擦点焊对工件表面状况要求不高，无需焊前清理即可得到高质量的点焊接头，另外不需要任何辅助设备，如冷却水系统等；
4) 连接工具寿命长。Mazda 公司的铝合金实验结果表明，搅拌头在经历了10 万次点连接后也没有损耗现象出现；
5) 工作环境清洁。无灰尘、无烟雾，无需大电流，无电磁和噪声污染。正是由于搅拌摩擦点焊具有上述优点，尤其是焊接过程中温度相对较低，接头的热变形比较小，因此在镁铝合金材料的焊接中具有独特的优势，可以避免在传统焊接方法中由于材料熔化所引起的各种缺陷。
3 搅拌摩擦点焊的工艺流程
目前，已公开的资料中报道是日本Mazda汽车公司于1993年发明的搅拌摩擦点焊[4]，基本原理如图1所示。这种搅拌摩擦点焊又称为“带有退出孔的搅拌摩擦点焊”技术，采用的焊接设备与普通搅拌摩擦焊接设备类似，具体的焊接过程可分为3个阶段：
a. 压入过程：搅拌头不断旋转，通过施加顶锻压力插入连接工件中，在压力作用下工件与搅拌头之间产生摩擦热，软化周围材料，搅拌头进一步压入工件；
b. 连接过程：搅拌头完全镶嵌在工件中，保持搅拌头压力并使轴肩接触工件表面，继续旋转一定时间；
c. 回撤过程：完成连接后搅拌头从工件退出，在点焊缝中心留下典型的退出凹孔。
图2 搅拌摩擦点焊过程示意图
4搅拌摩擦点焊的技术特点
4.1与电阻点焊（RSW）对比的优点
4.1.1生产成本与能源消耗
传统电阻点焊焊接铝合金时，需要大功率电源，还需要添加冷却水和压缩空气装置，且电极寿命短，因此它有能源消耗大，投资成本高的缺点。采用F S S W 完全克服了传统电阻点焊的缺点。马自达汽车公司最新型的全铝结构跑车M a z d a R X -8 就采用了F S S W 技术来进行铝合金车门和车体的焊接[5]。马自达汽车公
司称，采用这种新的焊接方法使得电能消耗比以往下降了99%。一般焊接铝合金的电阻焊机的功率为1000kV A，而搅拌摩擦焊只需要10kV A，并且不需要冷却剂、压缩空气以及电阻焊的大电流。而且与传统电阻焊相比，其设备的投资也下降了40%。F S S W 焊接单点所用费用仅为RSW 的1/5 左右。
4.1.2 接头质量
电阻点焊属于熔焊，接头中易出现气孔、裂纹和虚焊等缺陷，接头强度可靠性低，且焊后易发生翘曲变形。而F S S W 属于固相连接，在搅拌头旋转、挤压和粉碎等机械力的作用下，形成致密的组织结构，使F S S W 接头具有优异的机械性能。川崎重工公司对1～3m m 厚的6061 铝合金R S W 接头和F S S W 接头的拉伸剪切强度进行了对比，经对比研究发现，同厚度材料的F S S W 接头拉伸剪切强度约为R SW 接头的1.5 ～ 2 倍，明显高于R S W 接头。F S S W 接头除具有良好的静强度外，还具有较好的疲劳性能。日本岐阜大学的Yoshihiko Uematsu等人[6]对Al-Mg-Si 系合金FSSW和R SW 接头的疲劳性能进行了对比（见图3)。等面积连接的2 种接头，在同水平应力载荷下，FSSW 接头疲劳寿命高于RSW。
图3 Al-Mg-Si系铝合金RSW与FSSW接头疲劳性能对比
其中F S S W 疲劳曲线中实心圆和空心圆分别表示2 种不同的断裂模式（见图4）。在高载荷下，断裂发生在混合区，以A 模式断裂。最大载荷较低时，以B 模式断裂，裂纹起始于焊核区边缘，并沿厚度方向扩展。
图4 Al-Mg-Si系铝合金FSSW接头疲劳断裂模式示意图
4.2 与铆接对比的优点
4.2.1生产成本与能源消耗
铆接是飞行器制造中使用较普遍的一种连接方法。铆接最主要的一个特点是需要在铝合金板中加入铆钉、螺栓和螺母等紧固件，不但消耗了大量材料，还大大增加了结构件的重量。在铆接中，紧固件附加材料的消耗约占加工费用的90%。而F S S W 焊接过程则不需添加任何材料。F S S W 焊接单点所用费用仅为铆接的1/20 左右[6]。
4.2.2 接头质量
美国SDSM&T大学的William J. Arbegast 等人通过研究多种材料的铆接和FSSW [3]，也同样得到了FSSW 接头剪切强度高于铆接接头的结论。美国空军研究中心分别采用搅拌摩擦点焊、搅拌摩擦焊和铆接3 种方法制造飞机带筋壁板试验件，并进行结构强度性能试验，其剪切试验结果如图5 所示[7]。通过试验可知，搅拌摩擦焊和搅拌摩擦点焊剪切性能均优于铆接结构，在相同的外载下，搅拌摩擦点焊壁板与搅拌摩擦搭接焊壁板焊接接头产生的位移相同，并且搅拌摩擦点焊壁板最大承载能力优于搅拌摩擦焊壁板。
图5 飞机壁板FSW、铆接和FSSW剪切性能对比
5搅拌摩擦点焊在汽车工业和航空工业的应用状况
5.1 搅拌摩擦点焊在汽车工业的应用状况
搅拌摩擦点焊目前主要应用在汽车制造领域，在航空航天领域的应用还比较少。2003年Mazda[5]公司已将FSSW焊接技术用于运动车型Mazda RX?8的发动机罩和后门生产，如图6和图7所示。
图6采用FSSW连接的RX?8发动机罩
图7采用FSSW连接的RX?8后门
2005年6月，Mazda公司报道了他们在世界上首次采用摩擦点焊技术实现了钢和铝合金构件的连接，并将其用于更新和改进的运动车型Mazda MX?5的箱盖和螺钉固定套的连接。
FSSW在铝合金车体方面的成功应用引起人们很大的兴趣，因而期望将该技术应用于先进高强度钢车体材料的焊接。2005年1月，美国Feng[8]等人报道了他们采用FSSW技术进行高强度钢薄板焊接可行性的研究结果，采用带有退出孔的搅拌摩擦点焊方法对600MPa的双相钢和1310MPa的马氏体钢进行焊接试验，在2～3s的焊接时间范围内可获得固态冶金连接，其结果为充分利用高强度钢车体材料的优势提供了试验依据。
搅拌摩擦点焊技术是目前汽车工业领域具有国际先进水平的连接技术，在国外这项技术的工业化应用正处在不断发展中，在国内该技术从原理与概念、基础研究和工业应用研究等方面均属于空白。哈尔滨工业大学、南昌航空大学以及天津大学等单位目前正在进行有关铝合金搅拌摩擦点焊的基础工艺试验。首都航天机械公司和上海149厂也正在积极开展搅拌摩擦点焊的相关研究。鉴于该技术在焊接铝、镁等轻合金及其他新型材料方面具有明显优势，搅拌摩擦点焊势必替代传统电阻点焊和铆接技术，成为运载工具组装中最主要的制造方法之一。
5.2 搅拌摩擦点焊在航空工业的应用状况
搅拌摩擦点焊技术较适用于搭接结构，如飞机内部加强板的平板和L 形型材的搭接，飞机机身蒙皮和L 形加强筋的搭接。还适用于一些平面曲线或空间曲线结构的焊接，如飞机舱门、窗门和口盖等预成形壁板结构的搭接、飞机机翼带筋壁板的搭接等。美国Advanced Materials Processing and Joining Center（A M P）公司对平板与T 型筋进行回填式搅拌摩擦点焊连接，具有焊后无匙孔、焊点成形美观以及内部无缺陷等优点[3]。
搅拌摩擦点焊除用于结构件生产外，还可对航空构件缺陷进行修复，如裂纹、破孔、缺口和断裂等。传统修理这些损伤的方法主要有铆接加强片、安装补片、衬片、加强筋及上螺钉等。这些方法都存在一定的局限性，如添加的铆钉易引起各种应力及腐蚀问题、会降低构件的性能和使用寿命等，属于次强度修理方法。采用搅拌摩擦点焊对损伤构件进行修复，不但可以减少大量铆钉、螺钉使用数量，简化修理工艺，还可以达到等强度修理的性能指标。
6 全文总结
连接技术在汽车车体组装和航空航天运载工具制造过程中占有重要地位，是铝合金结构件制造过程中的关键技术。搅拌摩擦点焊作为一种新型的先进连接技术，与传统的电阻点焊、铆接等相比，具有接头强度高、质量好、性能稳定、“绿色无污染”等优点，在航空航天、汽车制造等领域具有广阔的应用前景。积极开展搅拌摩擦点焊技术的研究，并努力开展搅拌摩擦点焊技术的工程化应用对于提高我国航空航天和汽车制造业水平、降低生产成本、提升企业竞争力具有重要的意义。
参考文献
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Society of Automotive Engineers, 2005
电池点焊机原理
电池点焊机原理 焊件组合后通过电极施加压力，利用电流通过接头的接触面及邻近区域产生的电阻热进行焊接的方法称为电阻焊。电阻焊具有生产效率高、低成本、节省材料、易于自动化等特点，因此广泛应用于航空、航天、能源、电子、汽车、轻工等各工业部门，是重要的焊接工艺之一。 一、焊接热的产出及影响因素 点焊时产生的热量由下式决定：Q=IIRt（J）————（1） 式中：Q——产生的热量（J）、I——焊接电流（A）、R——电极间电阻（欧姆）、t——焊接时间（s） 1.电阻R及影响R的因素 电极间电阻包括工件本身电阻Rw，两工件间接触电阻Rc，电极与工件间接触电阻Rew.即R=2Rw+Rc+2Rew——（2）如图. 当工件和电极一定时，工件的电阻取决与它的电阻率.因此，电阻率是被焊材料的重要性能.电阻率高的金属其导电性差（如不锈钢）电阻率低的金属其导电性好（如铝合金）。因此，点焊不锈钢时产热易而散热难，点焊铝合金时产热难而散热易.点焊时，前者可用较小电流（几千安培），而后者就必须用很大电流（几万安培）。电阻率不仅取决与金属种类，还与金属的热处理状态、加工方式及温度有关。 接触电阻存在的时间是短暂，一般存在于焊接初期，由两方面原因形成： 1）工件和电极表面有高电阻系数的氧化物或脏物质层，会使电流遭到较大阻碍。过厚的氧化物和脏物质层甚至会使电流不能导通。 2）在表面十分洁净的条件下，由于表面的微观不平度，使工件只能在粗糙表面的局部形成接触点。在接触点处形成电流线的收拢。由于电流通路的缩小而增加了接触处的电阻。
电极与工件间的电阻Rew与Rc和Rw相比，由于铜合金的电阻率和硬度一般比工件低，因此很小，对熔核形成的影响更小，我们较少考虑它的影响。 2.焊接电流的影响 从公式（1）可见，电流对产热的影响比电阻和时间两者都大。因此，在焊接过程中，它是一个必须严格控制的参数。引起电流变化的主要原因是电网电压波动和交流焊机次级回路阻抗变化。阻抗变化是因为回路的几何形状变化或因在次级回路中引入不同量的磁性金属。对于直流焊机，次级回路阻抗变化，对电流无明显影响。 3.焊接时间的影响 为了保证熔核尺寸和焊点强度，焊接时间与焊接电流在一定范围内可以相互补充。为了获得一定强度的焊点，可以采用大电流和短时间（强条件，又称硬规范），也可采用小电流和长时间（弱条件，也称软规范）。选用硬规范还是软规范，取决于金属的性能、厚度和所用焊机的功率。对于不同性能和厚度的金属所需的电流和时间，都有一个上下限，使用时以此为准。 4.电极压力的影响 电极压力对两电极间总电阻R有明显的影响，随着电极压力的增大，R显著减小，而焊接电流增大的幅度却不大，不能影响因R减小引起的产热减少。因此，焊点强度总随着焊接压力增大而减小。解决的办法是在增大焊接压力的同时，增大焊接电流。 5.电极形状及材料性能的影响 由于电极的接触面积决定着电流密度，电极材料的电阻率和导热性关系着热量的产生和散失，因此，电极的形状和材料对熔核的形成有显著影响。随着电极端头的变形和磨损，接触面积增大，焊点强度将降低。
搅拌摩擦点焊的基本原理
搅拌摩擦点焊的基本原理 1 引言 随着全球资源与环境保护问题的日趋严峻，运载工具的轻量化设计成为汽车、航空航天等制造领域的发展方向。一方面采用铝合金代替传统的钢材料，另一方面通过高效的新型工艺技术提高产品的可靠性并降低产品重量。铝合金作为运载工具的主要制造材料，其主要连接方式是和铆接。在欧洲汽车车体生产中，常用的连接技术是YAG焊接方法，在日本车体制造中常用电阻点焊方法，运载火箭贮箱的制造过程中要大量应用电阻点焊和铆接技术，而航空飞行器的制造过程更需要广泛采用铆接技术。 电阻点焊生产效率高、操作灵活性好，但也存在许多局限性，主要表现在：a．焊接过程需要提供大电流，耗能大；b．铝合金表面氧化膜造成电极寿命明显缩短；C．由于焊接大电流的作用，工件将产生明显的热变形，且焊缝中易出现缺陷和焊点质量不稳定，接头质量差；d．焊接过程中有飞溅，点焊工作环境差。铆接是铝合金构件中一种常用的连接技术，但是采用铆接技术一方面会增加铝合金构件的重量，另一方面在铆接过程中会产生大量的噪音，生产环境恶劣，另外，铆接技术需要在铝合金构件上预开孔，增加了生产成本。因此，研究开发铝合金新的点焊连接技术替代传统的电阻点焊和铆接技术，对扩大铝合金在汽车工业的应用，推动汽车轻量化发展以及提高航空、航天运载能力具有十分重要的意义。 搅拌摩擦点焊(Friction Stir Spot Welding，FSSW)是在“线性”搅拌摩擦焊接基础上，新近研究开发的一种创新的焊接技术。FSSW可以形成点焊的搭接接头，其焊缝外观与通常应用于铝合金构件的电阻点焊类似，因而具有很高的应用价值和研究意义。 2 搅拌摩擦点焊的基本原理 目前，已公开的资料中报道了两种不同的FSSW技术。第一种方法是日本Mazda 汽车公司于1993年发明的搅拌摩擦点焊，基本原理如图1所示。这种搅拌摩擦点焊又称为“带有退出孔的搅拌摩擦点焊”技术，采用的焊接设备与普通搅拌摩擦焊接设备类似，具体的焊接过程可分为3个阶段。 A．压入过程：搅拌头不断旋转，通过施加顶力插入连接工件中，在压力作用下工件与搅拌头之间产生摩擦热，软化周围材料，搅拌头进一步压入工件 B．连接过程：搅拌头完全镶嵌在工件中，保持搅拌头压力并使轴肩接触工件表面，继续旋转一定时间 C．回撤过程：完成连接后搅拌头从工件退出，在点焊缝中心留下典型的退出凹孔。
点焊工艺及全参数
点焊方法和工艺 一、点焊方法： 点焊通常分为双面点焊和单面点焊两大类。双面点焊时，电极由工件的两侧向焊接处馈电。典型的双面点焊方式如图11-5所示。图中a是最常用的方式，这时工件的两侧均有电极压痕。图中b表示用大焊接面积的导电板做下电极，这样可以消除或减轻下面工件的压痕。常用于装饰性面板的点焊。图中c为同时焊接两个或多个点焊的双面点焊，使用一个变压器而将各电极并联，这时，所有电流通路的阻抗必须基本相等，而且每一焊接部位的表面状态、材料厚度、电极压力都需相同，才能保证通过各个焊点的电流基本一致。图中d为采用多个变压器的双面多点点焊，这样可以避免c的不足。 单面点焊时，电极由工件的同一侧向焊接处馈电，典型的单面点焊方式如图11-6所示，图中a为单面单点点焊，不形成焊点的电极采用大直径和大接触面以减小电流密度。图中b为无分流的单面双点点焊，此时焊接电流全部流经焊接区。图中C有分流的单面双点点焊，流经上面工件的电流不经过焊接区，形成风流。为了给焊接电流提供低电阻的通路，在工件下面垫有铜垫板。图中d为当两焊点的间距l很大时，例如在进行骨架构件和复板的焊接时，为了避免不适当的加热引起复板翘曲和减小两电极间电阻，采用了特殊的铜桥A，与电极同时压紧在工件上。 在大量生产中，单面多点点焊获得广泛应用。这时可采用由一个变压器供电，各对电极轮流压住工件的型式（图11-7a),也可采用各对电极均由单独的变压器供电，全部电极同时压住工件的型式（图11-7b).后一型式具有较多优点，应用也较广泛。其优点有：各变压器可以安置得离所联电极最近，因而。 其功率及尺寸能显著减小；各个焊点的工艺参数可以单独调节；全部焊点可以同时焊接、生产率高；全部电极同时压住工件，可减少变形；多台变压器同时通电，能保证三相负荷平衡。 二、点焊工艺参数选择 通常是根据工件的材料和厚度，参考该种材料的焊接条件表选取，首先确定电极的端面形状和尺寸。其次初步选定电极压力和焊接时间，然后调节焊接电流，以不同的电流焊接试样，经检查熔核直径符合要求后，再在适当的范围内调节电极压力，焊接时间和电流，进行试样的焊接和检验，直到焊点质量完全符合
搅拌摩擦点焊技术简介
综述航天期造技术 搅拌摩擦点焊技术简介 赵衍华张丽娜刘景铎杜岩锋王国庆 （首都航天机械公司，北京１０００７６） 摘要搅拌摩擦点焊（ＦＳＳＷ）是在搅拌摩擦焊的基础上开发的一种新型固相修补焊接技术，具有接头质量高、缺陷少、变形小等优点。详细阐述了搅拌摩擦点焊焊接原理和技 术特点，介绍了国内外研究现状及其在汽车等制造业中的应用，指出搅拌摩擦点焊在运载 工具铝合金结构件制造过程中具有重要意义，是未来铝合金连接技术的发展方向之一。 关键词搅拌摩擦点焊原理铝合金结构件 ＩｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎｏｆＦｒｉｃｔｉｏｎＳｔｉｒＳｐｏｔＷｅｌｄｉｎｇＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ＺｈａｏＹａｎｈｕａＺｈａｎｇＬｉｎａＬｉｕＪｉｎｇｄｕｏＤｕＹａｎｆｅｎｇＷａｎｇＧｕｏｑｉｎｇ （ＣａｐｉｔａｌＡｅｒｏｓｐａｃｅＭａｃｈｉｎｅｒｙＣｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１０００７６） ＡｂｓｔｒａｃｔＦｒｉｃｔｉｏｎｓｔｉｒｓｐｏｔｗｅｌｄｉｎｇ（ＦＳＳＷ）ｉｓａｎｅｗｓｏｌｉｄｓｔａｔｅｊｏｉｎｉｎｇｍｅｔｈｏｄ，ｗｈｉｃｈｉｓａｖａｒｉａｎｔｏｆｆｒｉｃｔｉｏｎｓｔｉｒｗｅｌｄｉｎｇ．Ｔｈｅｑｕａｌｉｔｙｏｆｔｈｅ ＦＳＳＷｗｅｌｄｉｎｇｊｏｉｎｔｓｉｓｐｅｒｆｅｃｔ，ｄｕｅｔｏｉｔｓｈｉｇｈｍｅｃｈａｎｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｙ，ａｌｉｔｔｌｅｄｅｆｅｃｔｓａｎｄｓｍａｌｌｄｉｓｔｏｒｔｉｏｎ．ＴｈｅｐｒｉｎｃｉｐｌｅａｎｄｔｅｃｈｎｉｃａｌｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆＦＳＳＷａｒｅｐａｒｔｉｃｕｌａｒｌｙｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ．Ｔｈｅｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎｓ觚ｓａｎｄ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆ ＦＳＳＷａｒｏｕｎｄｔｈｅｗｏｄｄｈａｖｅｂｅｅｎｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄｔＯＯ．ＦＳＳＷｉｓａｐｒｏｍｉｓｉｎｇｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｆｏｒａｌｕｍｉｎｉｕｍａｌｌｏｙｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ，ａｎｄｓｔｕｄｙｉｎｇｔｈｅｎｅｗｗｅｌｄｉｎｇｍｅｔｈｏｄｗｉｌｌｂｅｂｅｎｅｆｉｃｅｎｔｔｏｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇｏｆｄｅｌｉｖｅｒｙｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓｆｒｉｃｔｉｏｎｓｔｉｒｓｐｏｔｗｅｌｄｉｎｇｐｒｉｎｃｉｐｌｅａｌｕｍｉｎｉｕｍａｌｌｏｙｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ １引言 随着全球资源与环境保护问题的日趋严峻，运载工具的轻量化设计成为汽车、航空航天等制造领域的发展方向。一方面采用铝合金代替传统的钢材料，另一方面通过高效的新型工艺技术提高产品的可靠性并降低产品重量。铝合金作为运载工具的主要制造材料，其主要连接方式是焊接和铆接。在欧洲汽车车体生产中，常用的连接技术是ＹＡＧ激光焊接方法，在日本车体制造中常用电阻点焊方法，运载火箭贮箱的制造过程中要大量应用电阻点焊和铆接技术，而航空飞行器的制造过程更需要广泛采用铆接技术。电阻点焊生产效率高、操作灵活性好，但也存在许多局限性，主要表现在：ａ．焊接过程需要提供大电流，耗能大；ｂ．铝合金表面氧化膜造成电极寿命明显缩短；Ｃ．由于焊接大电流的作用，工件将产生明显的热变形，且焊缝中易出现缺陷和焊点质量不稳定，接头质量差；ｄ．焊接过程中有飞溅，点焊工作环境差。铆接是铝合金构件中一种常用的连接技术，但是采用铆接技术一方面会增加铝合金构件的重量，另一方面在铆接过程中会产生大量的噪音，生产环境恶劣，另外，铆接技术需要在铝合金构件上预开孔，增加了生产成本。因此，研究开发铝合金新的点焊连接技术替代传统的电阻点焊和铆接技术，对扩大铝合金在汽车工业的应用， 作者简介：赵衍华（１９７７－）。博士，高级工程师，材料加工工程专业；研究方向：搅拌摩擦焊、摩擦塞补焊等固相焊。 收稿日期：２００９—０３－１７ 万方数据
点焊机原理图
点焊机原理 焊件组合后通过电极施加压力，利用电流通过接头的接触面及邻近区域产生的电阻热进行焊接的方法称为电阻焊。电阻焊具有生产效率高、低成本、节省材料、易于自动化等特点，因此广泛应用于航空、航天、能源、电子、汽车、轻工等各工业部门，是重要的焊接工艺之一。 一、焊接热的产出及影响因素 点焊时产生的热量由下式决定： Q=IIRt（J）———— （1） 式中： Q——产生的热量（J）、I——焊接电流（A）、R——电极间电阻（欧姆）、t——焊接时间（s） 1.电阻R及影响R的因素 电极间电阻包括工件本身电阻Rw，两工件间接触电阻Rc，电极与工件间接触电阻Rew.即R=2Rw+Rc+2Rew—— （2）如图. 当工件和电极一定时，工件的电阻取决与它的电阻率.因此，电阻率是被焊材料的重要性能.电阻率高的金属其导电性差（如不锈钢）电阻率低的金属其导电性好（如铝合金）。因此，点焊不锈钢时产热易而散热难，点焊铝合金时产热难而散热易.点焊时，前者可用较小电流（几千安培），而后者就必须用很大电流（几万安培）。电阻率不仅取决与金属种类，还与金属的热处理状态、加工方式及温度有关。 接触电阻存在的时间是短暂，一般存在于焊接初期，由两方面原因形成：
1）工件和电极表面有高电阻系数的氧化物或脏物质层，会使电流遭到较大阻碍。过厚的氧化物和脏物质层甚至会使电流不能导通。 2）在表面十分洁净的条件下，由于表面的微观不平度，使工件只能在粗糙表面的局部形成接触点。 在接触点处形成电流线的收拢。由于电流通路的缩小而增加了接触处的电阻。 电极与工件间的电阻Rew与Rc和Rw相比，由于铜合金的电阻率和硬度一般比工件低，因此很小，对熔核形成的影响更小，我们较少考虑它的影响。 2.焊接电流的影响 从公式 （1）可见，电流对产热的影响比电阻和时间两者都大。因此，在焊接过程中，它是一个必须严格控制的参数。引起电流变化的主要原因是电网电压波动和交流焊机次级回路阻抗变化。阻抗变化是因为回路的几何形状变化或因在次级回路中引入不同量的磁性金属。对于直流焊机，次级回路阻抗变化，对电流无明显影响。 3.焊接时间的影响 为了保证熔核尺寸和焊点强度，焊接时间与焊接电流在一定范围内可以相互补充。为了获得一定强度的焊点，可以采用大电流和短时间（强条件，又称硬规范），也可采用小电流和长时间（弱条件，也称软规范）。选用硬规范还是软规范，取决于金属的性能、厚度和所用焊机的功率。对于不同性能和厚度的金属所需的电流和时间，都有一个上下限，使用时以此为准。 4.电极压力的影响 电极压力对两电极间总电阻R有明显的影响，随着电极压力的增大，R显著减小，而焊接电流增大的幅度却不大，不能影响因R减小引起的产热减少。因此，焊点强度总随着焊接压力增大而减小。解决的办法是在增大焊接压力的同时，增大焊接电流。
回填式搅拌摩擦点焊技术研究新进展
48 航空制造技术·2019年第62卷第12期 回填式搅拌摩擦点焊技术 研究新进展 * 周灿丰，焦向东，高 辉 （北京石油化工学院能源工程先进连接技术北京市高等学校工程研究中心，北京 102617） [摘要] 回填式搅拌摩擦点焊与传统搅拌摩擦点焊相比，焊缝表面平整、焊点中心没有退出凹孔，具有突出的技术优势，在搅拌摩擦焊尾孔修补等场合尤其具有应用前景。对近年来回填式搅拌摩擦点焊技术研究新进展进行了评 述，包括焊接设备开发、焊接过程和成形机理研究、焊缝组织与力学性能分析以及异种材料连接研究，指出焊接机器人、匙孔封闭工艺、焊缝疲劳性能以及铝合金与其他材料之间的连接应该作为重要发展方向。关键词： 回填式搅拌摩擦点焊；匙孔封闭维修；焊缝组织；疲劳DOI:10.16080/j.issn1671–833x.2019.12.048 决了传统搅拌摩擦点焊存在的问题， 国内对回填式搅拌摩擦点焊技术的研究重点还停留在原理、工艺方面，对设备的设计和研究很少，现在应该增加对焊接设备的研究，从而促进该技术在工程领域的应用，推动汽车、航空航天等领域的轻量化发展。 回填式搅拌摩擦点焊（Refill Friction Stir Spot Welding ，RFSSW ）过程如图1所示，大致可以分为4个阶段。第1阶段：夹套固定于上板表面，袖套和搅拌针经过一段时间的旋转摩擦，使材料软化；第2阶段：袖套和搅拌针分别向下和向上运动，塑性化材料在袖套作用下迁移挤入搅拌针向上运动形成的空腔；第3阶段：达到预期扎入深度之后，袖套和搅拌针同时改变运动方向，塑性化材料在袖套作用下挤回空腔；第4阶段：焊接完成、工具撤回。因为与传统搅拌摩擦点焊相比，焊缝表面平整，焊点中心没有退出凹孔，所以成 当今社会在日新月异的飞速发展，节能环保轻量化设计是现在社会发展的主要基调，在航空航天、工业、汽车等行业属于发展的方向。实际生产中使用铝镁合金能够有效减轻设备的重量，是目前轻量化生产的重要方法之一。传统的电阻点焊、铆接焊接的质量不尽如人意，所以说研究开发适用于轻合金点焊技术是非常重要的。搅拌摩擦点焊（Friction Stir Spot Welding ，FSSW ）技术也就因此产生，它是在搅拌摩擦焊（FrictionStir Welding ，FSW ）技术的基础上研究和衍生开发出来的能够适用于轻型合金的新型的焊接技术。原来比较传统的焊接会在焊点的中心留一个匙孔，这样的情况不仅影响外观还会影响其力学性能。而回填式搅拌摩擦点焊的出现成功解 *基金项目：北京市自然科学基金（3122016）；北京市属高等学校长城学者（CIT&TCD20140316）。周灿丰 工学博士，教授，能源工程连接技术研究中心常务副主任，主要从事水下焊接、焊接自动化研究；分别主持国家、北京市自然科学基金项目3项，协助主持国家863项目4项、国防科工委项目1项，并完成横向项目多项；2014年入选北京市属高等学校长城学者，获得省部级科技奖特等奖1项、一等奖1项、二等奖3项、三等奖1项，获发明专利授权8项、实用新型专利授权30项，发表学术论文100余篇，出版学术专著3部。
点焊机原理及自制
很累，初级一共绕了520圈次级还没有合适的线绕，次级一共绕11圈，要用32平方毫米的线绕，很粗，次级电压5V，电流100A ，功率500W左右， 足够焊电池了， 点焊机原理及自制 一、电阻焊 1.电阻焊的特点及应用 电阻焊是压焊的主要焊接方法。电阻焊是将焊件组合后，通过电极施加压力，利用电流通过接头的接触面及 邻近区域产生的电阻热进行的焊接方法。 电阻焊的主要特点是：焊接电压很低（1～12V）、焊接电流很大（几十～几千安培），完成一个接头的焊接 时间极短（0.01～几秒），故生产率高；加热时，对接头施加机械压力，接头在压力的作用下焊合；焊接时 不需要填充金属。 电阻焊的应用很广泛，在汽车和飞机制造业中尤为重要，例如新型客机上有多达几百万个焊点。电阻焊在宇宙飞行器、半导体器件和集成电路元件等都有应用。因此，电阻焊是焊接的重要方法之一。 电阻焊按工艺方法不同分为点焊、缝焊和对焊。这里仅介绍点焊。 2.点焊 点焊是焊件装配接接头，并压紧在两电极之间，利用电阻热熔化母材金属，形成焊点的电阻焊方法。点焊多用于薄板的连接，如飞机蒙皮、航空发动机的火烟筒、汽车驾驶室外壳等。 （1）点焊机 点焊机的主要部件包括机架、焊接变压器、电极与电极臂、加压机构及冷却水路等。焊接变压器是点焊电器，它的次级只有一圈回路。上、下电极与电极臂既用于传导焊接电流，又用于传递动力。冷却水路通过变压器、电极等部分，以免发热焊接时，应先通冷却水，然后接通电源开关。电极的质量直接影响焊接过程，焊接质量和生产率。电极材料常用紫铜、镉青铜、铬青铜等制成；电极的形状多种多样，主要根据焊件形状确定。安装电极时，要注意上、下电极表面保持平行；电极平面要保持清洁，常用砂布或锉刀修整。 （2）点焊过程 点焊的工艺过程为：开通冷却水；将焊件表面清理干净，装配准确后，送入上、下电极之间，施加压力，使其接触良好；通电使两工件接触表面受热，局部熔化，形成熔核；断电后保持压力，使熔核在压力下冷却凝固形成焊点；去除压力，取出工件。焊接电流、电极压力、通电时间及电极工作表面尺寸等点焊工艺参数对焊接质量有重大响。 所需材料：
搅拌摩擦点焊
新型绿色环保焊接技术——搅拌摩擦点焊 摘要 面对节能减排和环境保护要求，一种新型的绿色环保焊接技术——搅拌摩擦点焊技术应运而生，作为在搅拌摩擦焊基础上发展起来的一种新型固相焊接技术，其接头质量高、变形小、焊接质量稳定，并且具有减轻结构重量、降低制造成本及节省能源等一系列优点。本文介绍了搅拌摩擦点焊的固相连接机理，工艺流程，以及技术特点，并举例说明其在汽车工业和航空工业的发展应用状况。 关键词：搅拌摩擦点焊；电阻点焊；铆接；熔焊；车身；航空铝材
目录 目录 摘要 ......................................................................................................................................... I 目录 ........................................................................................................................................ I I 1 绪论 (1) 2 搅拌摩擦点焊的固相连接机理 (2) 2.1 搅拌摩擦焊技术简介 (2) 2.2搅拌摩擦点焊技术介绍 (2) 3 搅拌摩擦点焊的工艺流程 (4) 4 搅拌摩擦点焊的技术特点 (4) 4.1 与电阻点焊（RSW）对比的优点 (4) 4.1.1 生产成本与能源消耗 (4) 4.1.2 接头质量 (5) 4.2 与铆接对比的优点 (6) 4.2.1 生产成本与能源消耗 (6) 4.2.2 接头质量 (6) 5搅拌摩擦点焊在汽车工业和航空工业的应用状况 (7) 5.1 搅拌摩擦点焊在汽车工业的应用状况 (7) 5.2 搅拌摩擦点焊在航空工业的应用状况 (8) 6 全文结论 (9) 参考文献 (9)
点焊焊接原理及设备
点焊初级理论 1.电焊焊接原理 点焊过程，就是在热与电极压力作用下形成焊点的过程。 2.热过程 3.等效电阻 4.接触电阻 5.点焊过程 a)预压阶断：为了消除零件配合间隙，建立稳定的电流通道；（时间若短，电阻大，可能烧穿） b)通电加热阶段：形成焊核；（焊接时间和电流） c)维持阶段：维持压力，让焊核冷却；（使金属晶粒变细，熔核凝固并有足够强度） d)休止阶段：撤去压力，电极上升。 6.焊点强度的评价 a)焊核直径：半破坏，全拆解； b)剪切拉力值：拉力试验。 7.常见焊接不良 a)虚焊——焊点颜色发白 b)针孔 c)过烧/烧穿——凹陷，有飞出的熔质 d)焊核小 e)气孔 f)偏位 g)压痕深 h)焊核裂纹 i)飞溅 j)毛刺 k)边缘焊 l)漏焊 m)扭曲 8.引起缺陷的过程因素 a)板间装配不好 b)焊点间分流 c)不同的图层 d)胶水 e)电极磨损 f)多层板焊接 g)不同板厚焊接 h)不同压力变化 9.参数管理 a)电流 b)通电时间 c)压力 d)电阻 e)板材表面状态 f)电极 10.焊点强度管理
a)参数管理：调整后需要跟踪确认到位 b)目视检查 c)半破坏检查：是确认焊点强度的主要方式，用螺丝刀放在焊接部位，用一磅锤敲打, 有一声响感觉 螺丝刀受阻挡时就可判定有焊核。 d)整车全拆解 电极基础知识 1.电极的作用 传递焊接部位所需要的热和压力（包括电流、时间和压力），同时倒散焊接区域的热量。 2.电极的修磨要求 a)良好的表面状态 i.电极打点过程中端面变大，表面变差，影响焊接质量； ii.电极端面会越来越大，氧化层越来越厚，使得电流密度降低没有足够的热量形成焊核，导致发生虚焊、焊核小 b)初始锥度或标准锥度 i.电极的锥度直接影响打点过程中电极端面的变化； ii.为保证焊接质量，请保持你的锥度不变,按要求对电极进行修磨 c)端面直径6~8mm i.太小将导致过烧，压痕深，飞溅等； ii.太大则导致电流密度小，散热量大，有效热量小，易产生爆焊。 d)电极端面据第一条刻度线4mm以上 i.电极冷却过快会导致爆焊、焊核小等不良现象； ii.电极端面接近或达到冷却水通道，焊接时会使得电极穿孔。 e)上下电极对中 i.加压时焊点处会发生扭曲，打出焊点边缘有很大毛刺，时常伴有气孔发生。 ii.电极不对中时，电极只有对中的部分起作用，会造成焊点过烧，严重会导致穿孔。 焊机机构与原理 1.电阻焊的工作原理 利用电极对板件施加一定压力，将其夹紧，利用电极间电阻产生的焦耳热融化金属而达到的焊接目的。 2.悬挂式点焊机 控制柜：中频三核自适应控制器 a)一体式/分体式：变压器和焊臂一起； b)常见缺陷： i.飞溅毛刺 ii.压痕过深 iii.过烧或焊穿 iv.焊点扭曲 3.焊接系统三大路 a)水路：对焊钳本体和焊钳上的中频焊接变压器进行冷却 b)气路：控制焊钳的动静臂的打开和闭合，包括从大张口切换到小张口，及从小张口到闭合接触的 过程。 c)电路：控制焊钳动作的逻辑和提供板材焊点焊接时的足够热量。
回填式搅拌摩擦点焊的研究进展
龙源期刊网 https://www.docsj.com/doc/be15730765.html, 回填式搅拌摩擦点焊的研究进展 作者：石瑶岳玉梅吕赞 来源：《机械制造文摘·焊接分册》2017年第06期 摘要：回填式搅拌摩擦点焊技术（RFSSW）是一种新型的固相点焊技术，它既拥有与搅拌摩擦焊（FSW）相同的效率高、能耗少、易操作和污染少等优点，又可消除匙孔，因此在航空、航天和汽车制造领域中有着广阔的应用前景。自发明以来，回填式搅拌摩擦点焊技术已被应用于各种铝合金、镁合金以及异种材料的焊接。文中综述了回填式搅拌摩擦点焊的研究进展，主要涉及回填式搅拌摩擦点焊的基本原理以及回填式搅拌摩擦点焊接头常见的缺陷、显微组织、力学性能，以及同、异种材料的回填式搅拌摩擦点焊工艺等内容，可对实际工程应用中提高回填式搅拌摩擦点焊接头性能以及合理选择回填式搅拌摩擦点焊工艺参数提供一定的借鉴作用。 关键词：回填式搅拌摩擦点焊；匙孔；铝合金；显微组织；力学性能 中图分类号： TG453 Abstract： Refill friction stir spot welding （RFSSW） is a new solid state spot joining technology. It not only owns the advantages of high efficiency， low energy consumption， easy operation and low contamination like friction stir welding （FSW）， but also can eliminate the keyhole. Hence RFSSW has wide application prospect in aerospace and automobile fields. Since invention， RFSSW has been used to join all kinds of aluminum alloys， magnesium alloys and dissimilar alloys. This paper introduces the research situation of RFSSW， including principle，common defects， microstructure， mechanical properties， similar and dissimilar RFSSW process. This paper helps to improve joint mechanical properties and choosing appropriate welding parameters in actual engineering applications. Key words： refill friction stir spot welding； keyhole； aluminum alloy； microstructure；mechanical properties 0前言 铝合金因其较高的比强度、较小的密度和良好的耐腐蚀性等优点而被越来越广泛地使用。实际应用中各结构件的复杂性使得铝合金的连接成为一个不可避免的问题[1-2]。然而，传统熔焊方法因铝合金的熔化而常在接头中形成热裂纹、气孔、夹渣、较大残余应力等缺陷使得其不适用与铝及其合金的焊接[3]。搅拌摩擦焊（Friction Stir Welding， FSW）是英国焊接研究所于1991年发明的一种固相连接技术，其焊接过程中温度峰值一般不超过材料的熔点，因此可避 免绝大多数因材料熔化所导致的缺陷，非常适用于铝合金的焊接。到目前为止，搅拌摩擦焊接头已成功应用于实际生产中[4]。
铝合金电阻点焊和缝焊工艺
中华人民共和国航空工业部部标准 HB/Z 77-84 铝合金电阻点焊和缝焊工艺 1 总则 1.1 本标准适用于LF2、LF3、LF6、LF21、LY12、LY16、LC4、LC9变形铝合金电阻点焊及LF2、LF3、LF6、LF21变形铝合金电阻缝焊工艺。 1.2 焊工应有焊接航空产品的焊接操作证书。 2 设备 2.1 焊机:点焊机、缝焊机。 2.1.1 焊接铝合金一般选用直流脉冲式、电容储能式、次级整流式等类型的焊机,缝焊机建议选用步进式的。 2.1.2 焊机最好具有三种加压方式:不变的压力、附加锻压力、附加予压和锻压力。 2.1.3 焊机电极臂应有足够的刚性,当施加最大额定压力时,臂长不大于500㎜,弹性挠 度应不超过1.5㎜,臂长不大于1200㎜,挠度应不超过2㎜。 2.1.4 焊机在规定气压范围和额定焊接速度下工作时,电极压力的波动应不超过+8%。上电极下降时应平稳无冲击现象。 2.1.5 焊机工作时,电源电压应在额定值的+5%范围内。管道压缩空气压力应不低于 5kg/cm2,室温应不低于15℃。 2.1.6 焊机的次级回路电阻,直流脉冲焊机应不大于60μΩ,交流焊机应不大于100μΩ,单个活动连结处电阻不大于20μΩ,单个固定结合处电阻不大于2μΩ。焊机的次级回路电阻至少三个月测量一次,并记入设备档案中。 2.1.7 焊机应定期检修,活动导电部分应定期更换石墨润滑剂。 2.1.8 焊机应配备必要的专用工具。 2.1.9 焊机在安装、改装、大修或改变动力线路之后,由工厂主管部门组织进行鉴定,鉴定合格后才允许投入生产使用。 焊机鉴定内容如下: a.按附录A《焊机鉴定表》规定内容测量焊机的参数。 b.选用生产中常用的一种材料,取最薄和最厚的两种相同厚度的组合进行工艺稳定性试 验,试验内容列于表1,试验结果应符合表1及HB5276--84《铝合金电阻点焊和缝焊质量检验》的规定。在全部试验项目中有一项不合格，则应调整焊机重新试验，直到全部试验项目合格为止。鉴定试验结果应记入焊机鉴定表中(附录A)。 c.焊机鉴定试验应按生产需要在该焊机上焊接的最高等级接头的要求进行。 2.2 电极和滚盘 2.2.1 电极和滚盘可以采用镉青铜或其它铜合金，其导电率应不低于80%IACS(国际标准退火铜)。布氏硬度不小于110kgf/mm2。当电极压力不大于600kgf时，可选用布氏硬度不小于80 kgf/mm2的冷拉钢。 2.2.2 电极和滚盘应按不同材料分别打上印记，并不在损伤其工作面的条件下存放。 航空工业部1983-05-30发布1984-07-01实施
第一部分：点焊的原理及焊接工艺
第一部分：点焊的原理及焊接工艺 点焊工艺是一种形成永久结合的金属连接。在焊接时焊件通过焊接电流局部发热，并在焊件的接触加热处施加压力，形成一个焊点。点焊是一种高速、经济的连接方法，它适用于制造可以采用搭接、接头不需要气密、厚度小于5mm的冲压轧制的薄板类构件。点焊工艺目前被广泛地应用于各个工业部门，不仅能够焊接低碳钢和低合金钢，也可以焊接高碳钢、高锰钢及不锈钢、铝合金、钛合金等材料组成的零部件。 点焊工艺参数的选择：影响点焊的工艺参数包括焊接电极的结构直径、焊接能量、焊接时间和焊接压力。根据焊接速度和焊接效果可分为快速焊接、中速焊接、普通焊接三种条件，对于工件要求焊接强度高、焊接变形小的场合，最好选用大功率、短时间的强规范快速焊接。对于要求不严格的工件就可以采用小功率、长时间的普通焊接方式，这样可选择比较小的焊接设备，同时对电网的影响也比较小。通常是根据工件的材料和厚度，参考该种材料的焊接条件表选取，首先确定电极的端面形状和尺寸，其次初步选定电极压力和焊接时间，然后调节焊接电流，以不同的电流焊接试样，经检验熔核直径符合要求后，再在适当的范围内调节电极压力、焊接时间和电流，进行试样的焊接和检验，直到焊点质量完全符合技术条件所规定的要求为止。最常用的检验试样的方法是撕开法，优质焊点的标志是：在撕开试样的一片上有圆孔，另一片上有圆凸台。厚板或淬火材料有时不能撕出圆孔和凸台，但可通过剪切的断口判断熔核的直径。必要时还需进行低倍测量、拉伸试验和X射线检验，以判定熔透率、抗剪强度和有无缩孔、裂纹等。以试样选择工艺参数时，要充分考虑试样和工件在分流、铁磁性物质影响，以及装配间隙方面的差异，并适当加以调整。 影响点焊焊接接头焊接质量的因素主要有焊接电流、电极压力、焊接时间、预压和休止时间、焊接电极直径等。 1、焊接电流 点焊形成的熔核所需的热量来源是利用电流通过焊接区电阻产生的热量。在其他条件给定的情况下，焊接电流的大小决定了熔核的焊透率。在焊接低碳钢时，熔核平均焊透率为钢板厚度的30～70%，熔核的焊透率在45～50%时焊接强度最高，当焊接电流超过某一规范值时，继续增大电流只能增大熔核率，而不会提高接头强度，由于多消耗了电能和增大了设备的损耗，因此从制造成本来讲是很不经济的。如果电流过大还会产生压痕过深和焊接烧穿等缺陷。 2、电极压力
点焊方法和工艺
点焊方法和工艺 点焊方法和工艺 一、点焊方法： 点焊通常分为双面点焊和单面点焊两大类。双面点焊时，电极由工件的两侧向焊接处馈电。典型的双面点焊方式如图11-5所示。图中a是最常用的方式，这时工件的两侧均有电极压痕。图中b表示用大焊接面积的导电板做下电极，这样可以消除或减轻下面工件的压痕。常用于装饰性面板的点焊。图中c为同时焊接两个或多个点焊的双面点焊，使用一个变压器而将各电极并联，这时，所有电流通路的阻抗必须基本相等，而且每一焊接部位的表面状态、材料厚度、电极压力都需相同，才能保证通过各个焊点的电流基本一致。图中d为采用多个变压器的双面多点点焊，这样可以避免c的不足。 单面点焊时，电极由工件的同一侧向焊接处馈电，典型的单面点焊方式如图11-6所示，图中a为单面单点点焊，不形成焊点的电极采用大直径和大接触面以减小电流密度。图中b 为无分流的单面双点点焊，此时焊接电流全部流经焊接区。图中C有分流的单面双点点焊，流经上面工件的电流不经过焊接区，形成风流。为了给焊接电流提供低电阻的通路，在工件下面垫有铜垫板。图中d为当两焊点的间距l很大时，例如在进行骨架构件和复板的焊接时，为了避免不适当的加热引起复板翘曲和减小两电极间电阻，采用了特殊的铜桥A，与电极同时压紧在工件上。 在大量生产中，单面多点点焊获得广泛应用。这时可采用由一个变压器供电，各对电极轮流压住工件的型式（图11-7a),也可采用各对电极均由单独的变压器供电，全部电极同时压住工件的型式（图11-7b).后一型式具有较多优点，应用也较广泛。其优点有：各变压器可以安置得离所联电极最近，因而。 其功率及尺寸能显著减小；各个焊点的工艺参数可以单独调节；全部焊点可以同时焊接、生产率高；全部电极同时压住工件，可减少变形；多台变压器同时通电，能保证三相负荷平衡。 二、点焊工艺参数选择 通常是根据工件的材料和厚度，参考该种材料的焊接条件表选取，首先确定电极的端面形状和尺寸。其次初步选定电极压力和焊接时间，然后调节焊接电流，以不同的电流焊接试样，经检查熔核直径符合要求后，再在适当的范围内调节电极压力，焊接时间和电流，进行试样的焊接和检验，直到焊点质量完全符合技术条件所规定的要求为止。最常用的检验试样的方法是撕开法，优质焊点的标志是：在撕开试样的一片上有圆孔，另一片上有圆凸台。厚板或淬火材料有时不能撕出圆孔和凸台，但可通过剪切的断口判断熔核的直径。必要时，还需进行低倍测量、拉抻试验和X光检验，以判定熔透率、抗剪强度和有无缩孔、裂纹等。 以试样选择工艺参数时，要充分考虑试样和工件在分流、铁磁性物质影响，以及装配间隙方面的差异，并适当加以调整。 三、不等厚度和不同材料的点焊 当进行不等厚度或不同材料点焊时，熔核将不对称于其交界面，而是向厚板或导电、导热性差的一边偏移，偏移的结果将使薄件或导电、导热性好的工件焊透率减小，焊点强度降低。熔核偏移是由两工件产热和散热条件不相同引起的。厚度不等时，厚件一边电阻大、交界面离电极远，故产热多而散热少，致使熔核偏向厚件；材料不同时，导电、导热性差的材料产热易而散热难，故熔核也偏向这种材料（见图11-8） 调整熔核偏移的原则是：增加薄板或导电、导热性好的工件的产热而减少其散热。常用的方法有： （1）采用强条件使工件间接触电阻产热的影响增大，电极散热的影响降低。电容储能焊机采用大电流和短的通电时间就能焊接厚度比很大的工件就是明显的例证。
点焊原理
点焊方法和工艺 一、点焊方法分类 对焊件馈电进行电焊时，应遵循下列原则：①尽量缩短二次回路长度及减小回路所包含的空间面积，以节省能耗；②尽量减少伸入二次回路的铁磁体体积，特别是避免在焊接不同焊点时伸入体积有较大的变化，以减小焊接电流的波动，保证各点质量衡定（在使用工频交流时）。 1.双面单点焊所有的通用焊机均采用这个方案。从焊件两侧馈电，适用于小型零件和大型零件周边各焊点的焊接。 2.单面单点焊当零件的一侧电极可达性很差或零件较大、二次回路过长时，可采用这个方案。从焊件单侧馈电，需考虑另一侧加铜垫以减小分流并作为反作用力支点（图1d）。图1c 为一个特例。 3.单面双点焊从一侧馈电时尽可能同时焊两点以提高生产率。单面馈电往往存在无效分流现象（图1f及g），浪费电能，当点距过小时将无法焊接。在某些场合，如设计允许，在上板二点之间冲一窄长缺口（图1f）可使分流电流大幅下降。 4.双面双点焊图1b及j为双面双点的方案示意。图2-12b方案虽可在通用焊机上实施，但两点间电流难以均匀分配，较难保证两点质量一致。而图1j由于采用推挽式馈电方式，使分流和上下板不均匀加热现象大为改善，而且焊点可布置在任意位置。其唯一不足之处是须制作二个变压器，分别置于焊件两侧，这种方案亦称推挽式点焊。两变压器的通电需按极性进行。 5.多点焊当零件上焊点数较多，大规模生产时，常采用多点焊方案以提高生产率。多点焊机均为专用设备，大部分采用单侧馈电方式见图1h、i，以i方式较灵活，二次回路不受焊件尺寸牵制，在要求较高的情况下，亦可采用推挽式点焊方案。目前一般采用一组变压器同时焊二或四点（后者有二组二次回路）。一台多点焊机可由多个变压器组成。可采用同时加压同时通电、同时加压分组通电和分组加压分组通电三种方案。可根据生产率、电网容量来选择合适方案。 二、点焊循环 点焊过程由预压、焊接、维持和休止四个基本程序组成焊接循环，必要时可增附加程序，其基本参数为电流和电极力随时间变化的规律。 1.预压（F＞0，I=0）这个阶段包括电极压力的上升和恒定两部分。为保证在通电时电极
搅拌摩擦点焊在航空领域的应用
搅拌摩擦焊ＦＲｌｃＴ俐ｓＴＩＲｗＥＬＤＩＮＧ 搅拌摩擦点焊在航空领域 的应用 ＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆＦｒｉｃｔｉｏｎＳｔｉｒＳｐｏｔＷｅｌｄｉｎｇｉｎＡｖｉａｔｉｏｎＩｎｄｕｓｔｒｙ 苎黧量罂管张健董春林李光栾国红 中国搅拌摩擦焊中心“、”一９””３～１、９一 搅拌摩擦点焊作为在搅拌摩擦焊基础上发展起来 的一种新型固相焊接技术，由于其接头质量高、变形小． 焊接质量稳定以及节省能源等一系列优点，在航空结构 制造领域具有不可比拟的优势。 员的重视。然而，对于在航空结构中 广泛应用的２ｘｘｘ和７ｘｘｘ高强铝合 金而言，传统的熔焊工艺很难获得综 合性能优异的可靠连接，所以在航空 结构制造领域传统的熔焊技术并没有 。。 得到广泛应用。搅拌摩擦点焊作为在 ”盂士，２００７年毕业于天津大学材料搅拌摩擦焊基础上发展起来的一种 加工工程专业．现在北京航空制造工程新型固相焊接技术，由于其接头质量 研究所中国搅拌摩擦焊中心工作，主要高、变形小、焊接质量稳定以及节省 竺！翼拌摩擦焊工艺开发和材料焊接性能源等一系列优点，在航空结构制造 能研冤。 领域具有不可比拟的优势。 在航空领域飞行器的结构设计与制造工程中，如何减轻结构重量和降低制造成本已成为航空工业制造领域普遍关注的问题。由于传统的铆接／紧固连接工艺在航空结构制造方面存在一定的局限性，焊接工艺作为结构组装的关键技术就越来越受到航空制造领域工程技术人 ７０航空翩造技术?２００９年第１６期 搅拌摩擦点焊原理 搅拌摩擦点焊采用与搅拌摩擦 焊相同的技术原理，将旋转的搅拌头 插入被焊的２层工件，利用摩擦产 热和搅拌头带动的塑性金属的流动 形成焊点。目前搅拌摩擦点焊主要 分为３种形式：常规ＦＳＳＷ、回填式 ＦＳＳＷ及摆动式ＦＳＳＷ。表ｌ为３ 种搅拌摩擦点焊焊接过程示意图及 得到的焊点成形。其中常规ＦＳＳＷ 焊接过程最简单，由搅拌头旋转、插 入、搅拌和回撤４阶段组成。搅拌头 在不断旋转的过程中，通过施加顶锻 力插入待焊工件中，在压力作用下工 件与搅拌头之间产生摩擦热，使周围 材料软化，继续旋转一定时间完成连 接后，搅拌头从工件中退出，点焊缝 中心会留下匙孔。 回填式ＦＳＳＷ采用了特殊形 式的搅拌头，搅拌针和轴肩可单独 运动，具体焊接过程如下：开始焊接 时，轴肩和搅拌针同时下压，板材表 面由于摩擦而温度升高，接下来轴肩 不断下压，而搅拌针开始回抽，轴肩 向下运动时会推动塑性材料发生相 互搅拌和运动，当下压到下层工件一 定深度后，轴肩向上回抽，同时搅拌 针开始下压，塑性材料进一步进行融
点焊工艺
点焊培训资料 1.1点焊 利用电流通过圆柱形电极和搭接的两焊件产生电阻热，将焊件加热并局部熔化，形成一个熔核（其周围为塑性状态），然后在压力作用下熔核结晶，形成一个焊点。 1.2气动式交流点焊机 电极的运动和对焊件的加压，均由气路系统来实现，采用交流电，实现点焊功能的机械设备。 2设备结构 主要由机身、焊接变压器、压力传动装置、气路、水路系统、上下电极以及脚踏开关等部分组成。 2.1机身 机身用箱体式结构，全部结构件均由钢板折弯成型后焊接而成。该结构体积小、重量轻，能承受较大的冲击力，上悬臂安装加压传动装置及上电极部分，下悬臂安装有下电极部分，机身内部装有焊接变压器、进出水管、机身上面装有电磁气阀及气动三大件，机身下部的底脚上设有四个地脚安装孔，正常焊接时，必须装上4只 M10以上的地螺栓紧固后，方可使用。 2.2焊接变压器 焊接变压器为单相壳式结构，变压器的次级线圈由单只内置冷却铜水管的铸铜绕组组成，通过软铜带与上电极相联接，紫铜板与下电极相联接，焊接 1
变压器采用调节可控硅导通角来调节焊接变压器的初级电压，从而达到调节次级电压的目的，同时改变了焊接电流，适应不同的焊接规范，次级电压的调节范围，按焊接规范要求可连续可调。 2.3压力传动装置 压力传动装置主要由活塞、气缸、支承座与滑块下端与上电极部分相联，活塞杆与上电极连为一体，当活塞杆上下移动时，使上电极在支承座导轨内上下移动。气缸供气采用电磁气阀控制，推出或推进气缸右侧的行程插销，可调节二档上电极的工作行程。而三气室工作头则可在0~100mm行程范围内无级可调。 2.4气路系统 点焊机电极的运动和对焊件的加压，均由气路系统来实现，气路系统由带有气压表的减压阀和电磁阀等组成。从而达到控制上电极上下运动，电极压力的大小根据工件厚度和相应工艺规范确定。 2.5上下电极部分 电极部分由电极压块、电极座、端头、电极杆及电极头组成，电极压块内部通有冷却水，它的后端分别由软铜带和导电排与焊接变压器次级线圈相连接。电极杆紧固在电极臂与端头之间，凸焊机还带有上、下电极平台。与工件直接接触的上下电极头材料采用铬锆铜。 2.6冷却系统 点焊机在工作过程中会产生大量热量，需要循环水进行充分冷却，否则将严重影响焊接质量。 2