團體標準T/CWAN0043—2021Designandmanufacturingstandardoffric2021-03-15發布中國焊接協會發布1T/CWAN0043—2021 12規范性引用文件 13術語和定義 14攪拌頭設計原則 34.1攪拌針材料的選用原則 34.2攪拌針設計 34.3軸肩設計 44.4過渡區域設計 54.5夾持端設計 54.6攪拌頭尺寸公差設計 65攪拌頭制造規范 75.1攪拌頭制造流程 75.2車銑加工 75.3熱處理 75.4磨床加工 75.5表面涂層加工 75.6激光打標 75.7檢測規范 76攪拌頭包裝、運輸及存儲規范 86.1包裝要求 86.2運輸規范 86.3攪拌頭的存儲 8附錄A（資料性） 9T/CWAN0043—20212本文件按照GB/T1.1—2020給出的規則起草。本文件由中國焊接協會提出并歸口。本文件起草單位：昆山哈工萬洲焊接研究院有限公司、比亞迪汽車工業有限公司、哈爾濱焊接研究院有限公司、中車長春軌道客車股份有限公司、上海凌云工業科技有限公司凌云汽車技術分公司、南昌航空?學、重慶科技學院、中車青島四方機車車輛股份有限公司。本文件主要起草人：萬龍、樹西、黃永憲、周軍、黃體方、高祎晗、呂宗亮、李小林、劉鑫、何?忠、孟祥晨、陳?華、尹?孟、謝聿銘、盧春暉、伍苗祁、夏石鈴、張春波、烏彥全、徐鋒、韓振宇、朱棟、王剛、謝吉林、張鐵浩。T/CWAN0043—20211本文件規定了攪拌摩擦焊攪拌頭設計、制造及使用技術條件。范圍包括攪拌摩擦焊用的攪拌頭設計及制造、焊接的一般要求、焊前準備、焊接工藝、焊后檢驗和試驗以及安全要求等。2規范性引用文件下列文件中的內容通過文中的規范性引用而構成本文件必不可少的條款。其中，注日期的引用文件，僅該日期對應的版本適用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改單）適用于本文件。GB/T1804—2016一般公差未注公差的線性和角度尺寸的公差GB/T2654焊接接頭硬度試驗方法GB/T3375焊接術語GB/T34630攪拌摩擦焊鋁及鋁合金T/CWAN0012—2019焊接術語-壓力焊3術語和定義3.1攪拌摩擦焊frictionstirwelding，FSW高速旋轉的攪拌頭扎入工件后沿待焊方向運動，在攪拌頭與工件接觸部位產生摩擦熱和劇烈塑性變形熱。使其附近金屬形成塑性軟化層，軟化層在攪拌頭旋轉和鍛壓作用下填充攪拌針后方所形成的空腔，并在軸肩與攪拌針的攪拌及擠壓作用下實現材料連接的固相焊接方法。3.2攪拌頭FSWTool攪拌摩擦焊接過程中由攪拌針和軸肩組成的旋轉部件，對被焊材料施加攪拌摩擦效果的工具，屬于攪拌摩擦焊的主要耗材之一。T/CWAN0043—20212圖1.常用攪拌頭結構3.3攪拌針probe在焊接過程中，插入被焊接材料內部進行焊接，起到攪拌摩擦的作用，是攪拌摩擦焊熱量來源之一，屬關鍵功能部位，如圖1所示。攪拌針有多種不同的型式，根據不同的焊接材料、不同的焊接接頭型式、不同的焊接及其他相關要求選配。3.4攪拌針根部proberoot攪拌針結構中靠近軸肩的部分，如圖2所示，也是最容易出現攪拌頭失效的位置之一。圖2.攪拌針結構T/CWAN0043—202133.5攪拌針端部probetip攪拌針結構中遠離軸肩的部分，如圖2所示。3.6軸肩shoulder與攪拌針根本相連，焊接時與焊接母材表面發生摩擦作用，并起到對塑性材料的包絡作用，屬關鍵功能部位，如圖1所示，。攪拌針有多種不同的型式，根據不同的焊接材料、不同的焊接接頭型式、不同的焊接及其他相關要求選配。3.7過渡連接部位transitionjunction如圖1所示，連接軸肩與夾持柄部，屬支撐輔助功能部位，可根據不同焊接工況調整其結構型式。3.8夾持緊固部位clampingfasteningpart如圖1所示，夾持柄部及緊固面可根據不同的焊接設備調整其結構型式，屬于攪拌頭與設備的連接緊固部位。3.9止退面backstop如圖1所示，止退面通常用于攪拌頭與設備的軸向定位并防止在焊接過程中因受力而退縮造成焊接不良。4攪拌頭設計原則4.1攪拌針材料的選用原則攪拌頭材料需根據被焊材料及焊接深度選取，需考察材料的韌性、抗剪能力、耐高溫性等性能。現一般選取模具鋼、高速鋼、鎳鈷基合金、鎢鑭合金及PCBN等。鋼、鎳鈷基攪拌頭使用前需進行調制處理，硬度滿足在45HRC-70HRC。4.2攪拌針設計焊接時，攪拌針需插入被焊金屬，對被焊材料起到攪拌、摩擦的作用，是攪拌頭的功能區之一。在其設計中需滿足焊縫金屬的有效流動及內部產熱。4.2.1攪拌針徑向型式A及代號T/CWAN0043—20214表1.主要的攪拌針徑向形式A及其代號1234攪拌針根據設計要求通常選取圓錐1、圓柱2、偏心3、尖部加粗4等結構，以適應焊接要求。4.2.2攪拌針軸向型式B及代號攪拌針軸向形式的設計主要考慮攪拌頭在焊接時可以滿足帶動被焊材料塑性流動的需求，根據需要選擇圓形1、三棱面2、軸向槽3、螺旋槽4、偏心圓5等。表2.攪拌針軸向形式B及代號123454.2.3針長設計為保證焊接深度與產品設計一致，應選取合適的攪拌針針長。一般針長L=焊接深度H-（0.2~0.3）mm4.3軸肩設計軸肩作為攪拌頭的主要功能區之一，起到了包絡塑性金屬、加強表面塑性流動、提供焊縫熱輸入等功能。4.3.1軸肩徑向型式C及代號攪拌頭軸肩根據設計需要，選擇平面軸肩1、內凹軸肩2、外凸軸肩3。其中焊接三維曲面時，應選擇外凸軸肩3。T/CWAN0043—20215表3.攪拌頭軸肩徑向型式C及代號1234.3.2軸肩端面形貌設計D及代號表4.軸肩端面形貌設計D及代號1234567其中3、4的軸肩端面設計可不切至端面外圓。4.3.3軸肩尺寸設計在攪拌頭設計中，軸肩尺寸決定了攪拌頭對焊縫中的塑性材料的包絡作用及焊接熱輸入。焊接深度在1-16mm鋁合金攪拌頭軸肩尺寸設計建議采用如下尺寸，如圖5所示。4.4過渡區域設計過渡區的設計需根據所焊產品結構及攪拌頭材料狀態選取不同結構的過渡區域。4.5夾持端設計夾持端設計需根據焊機、加工中心及銑床要求選取合適的夾持端。T/CWAN0043—20216表5.焊接1-16mm鋁合金攪拌頭軸肩尺寸設計4.6攪拌頭尺寸公差設計圖3.攪拌頭尺寸公差設計75攪拌頭制造規范5.1攪拌頭制造流程根據攪拌頭材料熱處理后的硬度選擇攪拌頭的制造流程。其中硬度＜55HRC時，制造流程為：攪拌頭外圓粗加工（車/銑/磨）→熱處理→精加工（車/銑/磨）硬度≥55HRC時，制造流程為：攪拌頭外圓粗加工（車/銑/磨）→精加工（車/銑/磨）→熱處理→外圓磨5.2車銑加工車銑加工制作產品外圓、螺紋、內孔等精細尺寸，一般精度為0.01-0.05mm。5.3熱處理熱處理工藝為材料在固態下，通過加熱、保溫和冷卻的手段，以獲得預期組織和性能的一種金屬熱加工工藝。在攪拌頭制作中起到提高金屬材料的強度、硬度及一定的韌性。5.4磨床加工磨床工藝一般為攪拌頭制作工藝的最后一步，起到了提高產品美觀度、更高的尺寸精5.5表面涂層加工攪拌頭表面涂層加工區域可采用局部功能區域噴涂和整體噴涂兩種；為保證鋼制攪拌頭在涂層加工時保證熱處理后的硬度，建議采用PVD涂層，并且加工溫度在500℃以內。5.6激光打標為保證攪拌頭的快速識別，建議在攪拌頭不易磨損及耐腐蝕區域使用激光打標的方式進行標識。5.7檢測規范攪拌頭為高精密零件，在制作完成后需要對其關鍵尺寸進行細致檢測。其外形檢測需使用卡尺、千分尺、三坐標、二次元等尺寸測量工具進行檢測；其細微尺寸需使用二次元及輪廓度儀等高精密測量工具進行檢測。檢測未注公差的尺寸按照未注公差8的公差標準GB/T1804-2016進行檢測，其中功能區精度為m級，非功能區尺寸精度為e6攪拌頭包裝、運輸及存儲規范攪拌頭為高精密的焊接耗材，其包裝及運輸需要注意其規范化。6.1包裝要求攪拌頭的包裝應注意其在運輸顛簸狀態和腐蝕性環境下的仍可保持原始的外觀及焊接能力，需要注意以下幾點：6.1.1攪拌頭應放置于穩定性良好的包裝盒內，保證其不會因顛簸發生位移；6.1.2包裝材料應選取合適硬度、塑性的材料，保證其不會在意外情況下逸出包裝盒，造成包裝失效；6.1.3攪拌頭功能區域（攪拌針、軸肩）、裝夾區域為重要保護區域，需使用特殊方式進行保護（如增添保護泡棉或保護套等方法6.1.4在濕度較大或腐蝕環境下，應增添防腐手段（增加干燥劑和涂防銹油等6.2運輸規范為保證攪拌頭在運輸途中不會因運輸顛簸磕碰、海水腐蝕等因素引起的焊接失效，在運輸途中盡量選取顛簸少、耗時短、低腐蝕性環境的運輸方法。在運輸過程中需要標注向上、怕濕、小心輕放等標志6.3攪拌頭的存儲攪拌頭存儲的位置應保持干燥及不易觸碰的位置，并且采取一定的防塵措施。9（資料性）攪拌頭使用方法及安全要求1攪拌頭使用規范1.1焊前裝配攪拌頭在使用時需裝配至攪拌摩擦焊專用焊機、CNC加工中心、龍門銑床等設備上緊固，緊固方式按照設備刀柄的要求，保證在主軸高速旋轉下不會出現掉落的現象。使用時，按照圖紙要求進行工藝對刀，并進行空走調試，保證不會發生結構干涉。1.2焊接過程焊接時需持續觀察攪拌頭運轉情況。1.3焊后