1、雙軸肩攪拌摩擦焊發展概述Ki著研究的深入和發展,投樣摩擦悍接腫不足之址正在被逐漸改進近年來出現了些新的槍拌裁攥坤方法.例也，攪拌摩探點譚(FSSAn.摩曄塞弾(FPW)FU取軸以攪拌魔擦焊。英國埠接研究所TWI開發的般軸川城拌摩擦焊(Bobbill-toolFactionStiiWd<lingf簡BFSW)解決了常規攪拌摩擦焊還存托的如焊接栽荷較大、需耍嚴擠的吏持和育部犁扳、匕決焊接堪朵瞻狀和待位置的試板、難F楡測的根部缺陷等一些不足。布傳結攤拌憔擦焊技術中.只有一個軸啟.為了產曙一種力柬屮銜攪拌頭的負戟，需要有一十高強度和高穩定的支撐嚨軻來成功完善傳統攪拌摩擦焊*這就限洌了其溥全幅板評

2、按和JU雜曲線間陳的應H1如植型壞討焊摟。13.1冊軸后攪拌漳擦焊原理如圖1立所示，雙軸訂攪拌摩擦焊采川商牛軸VL上軸肩(在試楓上方)和下軸啟C在試板下力通過與試扳厚度相當的攪拌針連接,埠按過程中上、下軸啟與攪拌針社同旋轉芹峙斂悍材料走而相互作用克現許按山于稈範拌頭內部對-決而形戰閉合的內力.從而人丈胖詆了焊樓過程中垂直方向的載荷"進而可以減小焊接結構對試扳裝夾的要求.兩個軸肩都右為了附止塑性金屬被擠岀的作用，下軸眉還有代替常卿披拌摩擦焊背部墊板的作用，因業可以埠接真雜形狀和特殊也賈的試板再通過實時調螯上、下軸口的間®:也可以焊接忌度帶冇變化的試板，在同樣的設備剛性條件下，

3、可以提鬲可焊療度在焊接過程中攪拌針穿透試板，從而有效地消除根部缺陷。I.、下軸啟同時作用r試板并產熱，較大的熱輸入也為提鬲焊接速度帶來了可能。IH1.2雙軸肩攪拌孳擦焊示意圖Fig1.2BFSWschemes雙軸肩攪拌摩擦焊研究現狀現階段對雙軸力攪樣摩擦焊的研尤人體分為四個方向：攪拌頭的研究、按頭宏觀形貌與微觀組織研處、接頭力學性能的研處、焊接溫度場的研宛.圖1.3(a)為Thomas等人何采用的固足軸眉間隙式攪拌頭示怠圖、傳動桿底部和攪樣針底部兩處設計成一定的斜度，這桿在焊接過程中，在外在戦荷的作用下借助摩撩力使上、下軸啟的連接在一起，并傳遞一定的扭矩。軸眉表面的光潔程度比較好，而H攪拌針材

4、料在焊接過稈中也要保持足夠的強度。Marie等人日研究一種可控制攪拌針K度的攪拌頭并用于焊接試驗。如圖1.3(b)所示，攪拌針與卜軸啟連為一體，上栢啟為中空，攪拌針可在上軸片內部滑動但定這種攪打頭在焊接初始位蛙噢預先設置先導棲，以便攪掛頭陡夠進入到試板內祁.劉會杰竽人(職刃為解決現冇雙軸肩攪拌摩擦焊方法中上、下兩個軸眉為竽BL徑，存在焊接熱輸入大及攪拌針承栽大而影響接頭杵能、祺至造成攪拌針斷裂的問題.發明了上、下軸用直栓不等的雙軸廚攪拌摩擦焊攪拌頭.如圖1.3(c)所示c還研究出了一種上、卜軸啟逆向旋轉的以軸肩攪拌頭，它解決上、卜軸啟直徑不相等、但同向等速施轉，焊接過程中，存在焊接熱輸入大、試

5、板易變形，攪打'針存在斷裂傾向，燼縫區溫度場、接頭組織和殘余應力分布不對稱，導致接頭性能不對稱，降任了炸接結構承取能力的問題.如圖13(d)所示。Edwarck等人為解決傳統的單軸肩攪拌縻擦焊存金的問題B行研制了一種自適應式雙軸眉攪拌頭，并成功的焊接了鋁合金沖板。試驗結果表明，雙軸眉自適應式攪丼頭可以實現l.&nm貝至更薄鋁介金試板的焊接，而IL焊速可以超過常規攪樣摩擦焊.達到lOOOmiii/nuii以上，接頭的力學性能接近母材，MarieF等人何對4mm片的2024-T3和6056-T4鋁合金常規攪拌寧擦焊和雙軸肩攪拌摩擦焊過稈中的溫度場進行了對比研究.發現雙軸啟攪拌摩掠焊

6、的加熱范陽明顯比常規攪拌摩擦焊寬，最髙溫度也偏島°與常規攪拌摩擦焊的穩定溫度場不同的是，常規攪樣摩擦理具有妙著的熱袪定性，而雙軸啟攪扌I摩擦焊則仃看溫哎升島的趨向，這就可能存相同的焊接參數下出現較為嚴Ifi的接頭軟化現對薄板鋁件金而言會更加明顯.可能需耍個冷卻系統。(c)匕下軸必逆向旅轉的雙師肩攪拌摩擦攪拌頭LfL_l(a)固定軸肩間隙式攪拌頭(c)k.下抽肩血從不鄒的應軸頭raU不同類型的雙軸礙攪梓頭目前，用雙軸啟攪井縻擦焊的砂-究主要集中在2XXX系和6XXX系鋁介QI:,并且耳度任1.8mm30i«m之間，接頭形式多為半板對接.雙軸眉攪樣嘩擦焊接頭的抗拉強度均可達到母

7、材強度的70%以上，但普迪略低于常規攪拌摩擦焊。張健等人W對常規攪拌摩擦焊和女軸啟攪拌墜擦焊技術進行了比較，試於材料為6niinJ?2219-T4鋁介金。對兩種按頭焊縫的力學性能、做觀結構和顯做映皮逬行J測試。結果農明：雙軸列攪打'摩擦焊接頭的抗拉強度比常規攪樣摩擦焊接頭強度低，大槪是常規攪幷序擦焊接頭強度的90%而焊璉的宏觀形貌9也常換披并摩擦焊焊縫不同，I.、下寬.中間窄.呈啞鈴謝。口由干雙軸啟攪樣縻擦焊焊按的熱輸入m比常規攪井擊擦焊較拓，導致其接頭的顯微帙度和力學性能普遍低于常規攪卄摩擦焊接頭.趙衍華等人對2219鋁臺金進行了雙軸方攪拌摩擦焊工藝試驗，詳細分析了埠縫成型、接頭組織

8、形懇農力學性能=>結果衣明：2219鋁合金収軸心攪拌摩擦悍縫工反面成型臾觀，內部無缺陥，兒乎無焊縫減溥：接頭宏觀形貌呈典型的“啞鈴型”，焊縫上下龍面寬.中間略窒：從顯微組織角度看.接頭的焊核區、熱機影響區、熱影響區等組織持征與常規攪拌摩擦焊相似；雙軸啟攪拌靡擦炸接頭顯傲破度分布趨勢與常觀攪抒嚓擦焊挨頭相似，均為典塑的“w”型，但奴軸肩攪抒摩擦焊挨頭不存住并層異性：接頭力學性能試驗表明：雙軸肩攪拌醪擦焊接頭抗拉強度達到了3183MP：!延伸率為55%。接頭斷口形貌呈典型的切性斷裂。繭祚林旳等人利用光學顯澈範及動電位極化曲線技術，研丸了12niinn6082-16鋁合金雙軸啟攪拌縻擦焊接頭纟

9、II織形貌及其電化學性能。結果衣明，、"|卞軸轉速為600r/niiii,焊接速度為300min/mm,攪樣頭傾角為0。的焊縫組織出現了明顯的變化，焊合區組織發生了動態再結鬲，形成細小的等紬品結施：母材的腐蝕形貌比牧粗糙，表而有較深的點蝕坑，甬接頭焊核區衣面腐蝕形貌均，點蝕現縱較輕：動電位極化測試農明雙轆肩攪IT肆擦州接頭焊核區的空蝕電壓比母材耐漓辿性能比母材好。Hilgert：舸在COMSOL和Mathb中提出了三個$1劉雙軸啟攪樣摩擦焊的3D熱模型。該楝型足利川熱偽機械（TPM）熱祿，包括攪樣頭旋轉、河切層分析模型和周用的散熱片（像設備與周鬧的空氣）.實施一個新的瞬時移動兒何方法

10、.它包括攪拌頭沿焊接線的完桀運動，而其他兩個模型則便用有移勁熱瀝的周定兒何形狀和沒有彩動熱源的固定兒何形狀。對三種模型來說，計舁的影響是破小的。任一個先進的丄作站中，大約，分鐘便可缽決穩態模空何題木實驗LldEMexiSbr實驗焊接甲位進廳，并驗證了模熨的輸;I；。所以植型的預測是在相互探討和實驗中逬行.山東大學劉雪梅等人M建立雙軸啟攪樣摩擦焊的熱力數值模型，以該模型為展礎模擬了6mm72014鋁合金板材雙軸方攪拌摩擦焊的溫度場分布模擬結果為該種新丄藝的進-步研究提供了參考和依據c研究結果表明，橫截而的溫度場關丁板J7中心呈基本對稱分布，咼溫區域在事近上卜軸仍處半徑最大，機乃中間處顯小，呈腰型

11、。返冋側最高溫度比前進側高出約40*Co模擬中也岀現了溝棲缺陷，Sato和Suda等人卩習通過有囁元數值模擬和焊接試駿研處了焊接夾具對6系鋁介金雙軸肩攪拌摩擦焊試仮溫度場的影咆，丄要考堪的焊接央凡材料、寬度和KZ間距離對試板溫度場的影響CTlweadsiU等人岡以25呈米俘的AA6082-T6鍛鋁為妍丸對彖，對其進行實驗，并刈其品相顯微組織進行詳細的分析，并乂驗證了品粒的尺、組織和力學性能.對不同的焊接I：戈參數及不同形淞的擷拌頭講行寶胎同時將宜齡得到的灼抿勺川常規撇拌頭焊接得到的數據進行了對比.11110.乂&軸眉攪拼墜擦卅的研究主要集中任2XXX系、6XXX系鋁合金材料（如2219、6082等）及少量的不銹鋼材料上，還未見有學者及單位對鈦合金、鋼合金、合金及鋁茶復合材料匕進行碩究的報道、雙軸啟攪幷摩擦焊的兩軸啟同時產熱.在相同焊接規范下，與常規攪樣縻擦焊相比產熱較大，11熱輸入方式也冇很大不同°溫度場的分布不僅影響到摩擦攪撲焊縫K的村料渝動，麗且直接影晌到焊縫各個區域微現組織結構，從而決定了焊接接頭的件能一因此，深入了解雙軸啟攪拌摩擦焊過程屮溫度場的變化規律.對I藝參數的制定、接頭微觀組織以及材料渝動行為的研寵極為蟲耍:6082鋁合金是能夠熱處理町強化的Al-Mg-Si系鉗臺金，成形性及工藝性能好，只有屮等強度和艮好的焊接性及耐腐辿性等優點廣