浙江理工大學本科畢業設計（論文）開題報告班級機械設計制造及其自動化09(4)班姓名陳偉杰課題名稱雙攪拌軸攪拌摩擦焊機設計開題報告（包括選題意義、研究的基本內容與擬解決的主要問題、總體研究思路與可行性分析及預期研究成果、研究工作計劃等內容，非藝術類不少于3000字）目錄1選題的背景與意義2國內外研究現狀和發展趨勢2.1攪拌摩擦焊的發展歷史及研究成果2.2國內攪拌軸摩擦焊的發展及應用2.3攪拌摩擦焊中雙攪拌軸攪拌摩擦焊目前的應用情況和前景3研究的基本內容與擬解決的主要問題3.1基本內容3.2待解決的主要問題4研究方案、可行性分析及預期研究成果5研究工作計劃（進度安排）參考文獻（開題報告全文附后）成績：答辯意見（從選題、任務工作量、質量預期、可行性等幾個方面）答辯組長簽名：年月日系主任審核意見簽名：年月日雙攪拌軸攪拌摩擦焊機設計陳偉杰(機械設計制造及其自動化09(4)班B09300405)1選題的背景與意義1991年攪拌摩擦焊(FrictionstirWeldingFSW)由英國焊接研究所(TheWeldinglnstirate-TWl)發明，這項杰出的焊接技術一步一步地為世界制造技術的進步做出了巨大的貢獻。自1991年攪拌摩擦焊(FrictionstirWeldingFSW)被發明到現在，該項技術已經在國內外的眾多領域出現它的身影。如今，攪拌摩擦焊焊已經在諸多制造領域（船舶、軌道列車、航天、航空、汽車、兵器、電子電力等）達到規模化、工業化的應用水平1。雙攪拌軸摩擦焊縫技術作為攪拌摩擦焊的新型攪拌技術，它具有以下優勢：（1）兩個攪拌頭同時焊接可以產生更多的熱量，該方法可以運用于鋼及其他高溫合金攪拌摩擦焊中（2）可以確保在較小的扭矩下實現材料的可靠連接。這些優點可以使得雙攪拌軸摩擦焊縫技術將攪拌摩擦焊的發展空間得到進一步的拓展，將推動制造業更快更好地發展，同時也必將擁有更廣闊的市場，在不久的將來必將迎來快速的發展和應用的高峰。2國內外攪拌摩擦焊的發展狀況及研究成果2.1攪拌摩擦焊的發展歷史及研究成果攪拌摩擦焊在其發明初期主要解決厚度1.2毫米的鋁合金板材焊接問題；1996年，用FSW技術解決了612毫米的鋁、鎂、銅合金的連接1997年實現了12-25毫米厚鋁合金板的攪拌摩擦焊并且在宇航結構件上得到應用。1999年攪拌摩擦焊可以焊接50毫米厚的銅合金及75毫米厚度的鋁合金零件和產品。2004年，英國焊接研究所已經能夠單道單面實現100毫米厚鋁合金板材的攪拌摩擦焊。迄今，在材料的厚度上，單道焊可以實現厚度為0.8100mm鋁合金材料的焊接：雙道焊可以焊接180mm厚的對接板材。最近，又開發了可以連接0.4mm鋁板的微型攪拌摩擦焊技術2。攪拌摩擦作為一種優選焊接技術，已經在從技術研究向高層次的工程化和工業化應用階段發展。就拿國外的例子來說：在美國的宇航制造工業、北歐的船舶制造工業、日本的高速列車制造等制造領域。總之攪拌摩擦焊已經廣泛地涉及到了在船舶制造工業、航空航天工業、軌道交通及陸路交通工業、汽車工業以及兵器、建筑、電力、能源、家電等工業。攪拌摩擦在今年來取得的成就主要可以從以下幾方面來體現：（1）攪拌摩擦焊在船舶制造工業上的應用目前攪拌摩擦焊在船用鋁合金的焊接方面研究應用較多，幾乎可以焊接所有系列的鋁合金材料，另外，攪拌摩擦焊也可以實現鋁合金與銅合金、鋁合金與鎂合金等不同材料的焊接。攪拌摩擦焊與普通摩擦焊相比，因不受軸類零件的限制，可焊接直焊縫、角焊縫。傳統焊接工藝焊接鋁合金時要求對表面進行去除氧化膜處理，并要求在48h內進行焊接，而攪拌摩擦焊工藝只要在焊前去除油污即可，并對裝配要求不高。因此，攪拌摩擦焊是船用鋁合金結構首選的連接技術。（2）攪拌摩擦焊在航天航空工業上的應用以英國焊接研究所、波音、空客以及美國月蝕公司為代表的攪拌摩擦焊技術開發和應用的先鋒已經取得了豐碩的成果。近期的研究結果表明攪拌摩擦焊可以在飛機機翼結構、翼盒結構、機身結構、艙門結構、裙翼結構、機艙氣密隔板以及貨物裝卸結構等方面得到應用3。（3）攪拌摩擦焊在高速列車鋁合金焊接的應用在攪拌摩擦焊出現后，攪拌摩擦焊由于是一種無需外加焊接材料的焊接方法，因此沒有熔化焊接時選擇焊接材料的困難，也節省了焊材費用。更重要的是沒有熔化焊接凝固時的一次結晶過程，克服了焊接高強鋁合金時的結晶裂紋、氣孔和夾雜傾向，不會產生焊縫塌陷問題，也不會形成焊縫鑄造組織和低強區。因此攪拌摩擦取代了先前的熔化焊，成為焊接高速列車時優先選擇的焊接方法4。（4）攪拌摩擦焊在其他領域的應用攪拌摩擦焊除了上述3個領域外，還在軌道交通及陸路交通工業、汽車工業在兵器、建筑、電力、能源、家電等工業中的應用也越來越廣泛。而且都取得了或多或少的成就5。2.2國內攪拌軸摩擦焊的術發展發展應用2002年，北京航空制造工程研究所與英國焊接研究所正式簽署攪拌摩擦焊專利許可協議，并在技術合作的基礎上成立了中國攪拌摩擦焊中心。中國攪拌摩擦焊中心的成立標志著攪拌摩擦焊技術正式登陸中國。中國攪拌摩擦焊中心全權代表英國焊接研究所，發售和管理中國地區(包括香港、澳門和臺灣)的攪拌摩擦焊技術專利許可，從此為攪拌摩擦焊技術在中國地區的發展、推廣和工業化應用打開了大門6。采用攪拌摩擦焊焊接的鋁合金材壁機圖（1）圖（2）攪拌摩擦加工技術的發展自攪拌摩擦焊進入國內后，較快的運用于我國工業上的許多領域（船舶制造行業、航天制造工業、軌道交通行業等）。攪拌摩擦焊在國內的應用現狀，主要通過船舶制造行業、航天制造工業兩方面來介紹。首先在船舶制造行業，2006年4月，我國設計制造了國內第一臺用于大型船用型材料拼焊的攪拌摩擦焊設備，此后，中國攪拌摩擦焊中心大力發展鋁合金型材壁板的攪拌摩擦焊制造。其次，攪拌摩擦焊在航天制造工業也發揮著重大的作用。目前，國內對于2000系列、7000系列以及鋁鋰合金的材料制成的太空交通運載工具都優先采用攪拌摩擦焊。中國攪拌摩擦焊中心于十五期間重點對航天運載火箭攪拌摩擦焊開展了系統的科研攻關，國內的航天制造工業企業也積極采用了攪拌摩擦焊技術。除卻上述的兩個領域外，攪拌摩擦焊在國內還廣泛應用于汽車制造業、軌道交通行業、電子電力能源行業7。上圖（2）為攪拌摩擦焊在國內的發展趨勢。隨著攪拌摩擦焊研究、技術開發與應用推廣的不斷深入，基于攪拌摩擦的基本原理形成了材料鏈接、材料改姓、材料成行等多種材料加工方法。總之，在中國，攪拌摩擦焊的研究、開發和推廣應用才剛剛起步，在市場化的環境下，通過引進、消化、吸收和技術創新，攪拌摩擦得到了快速發展，尤其在航空、航天等領域、在國家政策和項目的支持下，攪拌摩擦焊必將在我國其他工業領域得到較快的推廣。2.3攪拌摩擦焊縫中雙攪拌軸攪拌摩擦焊目前的應用情況和前景（1）雙攪拌軸摩擦焊的工作原理在提及雙攪拌軸摩擦焊縫技術的工作原理前，我們先講講攪拌摩擦焊的工作原理：攪拌摩擦焊過程中，一個柱形帶特殊軸肩和針凸的攪拌頭旋轉著緩慢插入被焊接工件，攪拌頭和被焊接材料之間的摩擦剪切阻力產生了摩擦熱，使攪拌頭鄰近區域的材料熱塑化(焊接溫度一般不會達到和超過被焊接材料的熔點)，當攪拌頭旋轉著向前移動時，熱塑化的金屬材料從攪拌頭的前沿向后沿轉移，并且在攪拌頭軸肩與工件表層摩擦產熱和鍛壓共同作用下，形成致密固相連接接頭。相對于攪拌摩擦焊的工作原理，雙攪拌摩擦焊縫為采用兩個轉動相反