The FSW Column搅拌摩擦焊专栏搅拌摩擦焊工艺参数The parameters of FSW process搅拌摩擦焊工艺参数主要有搅拌头 的倾角、搅拌头的旋转速度、搅拌头的 插入深度、插入速度、插入停留时间、 焊接速度、焊接压力、回抽停留时间、 搅拌头的回抽速度等。 １ 搅拌头倾角 搅拌摩擦焊时，搅拌头通常会向 前倾斜一定角度，以便焊接时搅拌头 肩部的后沿能够对焊缝施加一定的焊 接顶锻力。 搅拌头的倾角设计指标一般为±５°， 对于薄板（厚度为１￣６ｍｍ）搅拌头倾角 采用小角度，通常为１￣２°，对于中厚 板（厚度大于６ｍｍ），根据被焊接工件 的结构和焊接压力的大小，搅拌头的倾 角通常采用３￣５°。 ２ 搅拌头的旋转速度 搅拌头的旋转速度与焊接速度相关， 但通常由被焊接材料的特性决定，对于 特定的材料，搅拌头的旋转速度一般对 应着一个最佳工艺窗口，在此窗口内旋 转速度可以在一定的范围内波动，以便 和焊接速度相匹配，实现高质量的焊 接。 据搅拌头的旋转速度，搅拌摩擦焊 接可以分为冷规范、弱规范和强规范， 各种铝合材料焊接规范分类如表１所示。 ３ 搅拌头插入深度 搅拌头的插入深度一般指搅拌针插 入被焊接材料的深度，但有时可以指搅 拌肩的后沿低于板材表面的深度。 对接焊时，焊接深度一般等于搅拌 针的长度，由于搅拌针的顶端距离底部现代焊接 ２００６年第９ 期 总第４５期 ２３
搅拌摩擦焊专栏The FSW Column表１规范类别 冷规范 弱规范 强规范搅拌摩擦焊规范分类以及铝合金材料适合铝合金材料 ２０２４、２２１４、２２１９、２５１９，２１９５、７００５、７０５０、７０７５ ２６１８、６０８２ ５０８３、６０６１、６０６３拌头向焊缝施加的轴向顶锻压力。 焊接压力的大小与被焊接材料的强 度、刚度等物理特性以及搅拌头的形状 和焊接时的搅拌头压入被焊接材料的深 度等有关。但对于特定厚度的材料和搅 拌头，搅拌摩擦焊的焊接压力正常焊接 时一般保持恒定。所以当工件和设备变 形和饶度较大时，搅拌摩擦焊设备的控 制方式一般采用恒压控制。 ８ 回抽停留时间 回抽停留时间指搅拌头横向移动停 止后，搅拌针尚未从被焊接材料中抽出 的停留时间。 若回抽停留时间过短，被焊板材热 塑性流动尚未完全达到平衡状态，会在 焊缝“尾孔”附近出现孔洞；若停留时 间过长，被焊材料过热易于发生成份偏 聚，会影响焊缝质量。 ９ 搅拌头的回抽速度 搅拌头的回抽速度一般指搅拌针从 被焊接材料中抽出的速度，其数值主要 和搅拌针的类型以及板材厚度有关。 若回抽速度过快，被焊板材热塑性 金属会随搅拌针的回抽造成的惯性向上 运动，从而造成焊缝根部的金属缺失， 出现孔洞。（未完待续）（北京赛福斯特技术有限公司）搅拌头旋转速度（ＲＰＭ） ＜３００ ３００￣６００ ＞６００垫板之间保持一定间隙，搅拌针插入材 料表面后还可以在一定范围内波动，所 以焊接深度和搅拌针的长度又有较小的 差别。考虑搅拌针的长度一般为固定值 （可伸缩搅拌头除外），所以搅拌头的 插入深度也可以用搅拌肩的后沿低于板 材表面的深度来表示。对于薄板材料， 此深度一般为０．１￣ ０．３ｍｍ之间，对于中 厚板材料此深度一般不超过０．５ｍｍ。 ４ 搅拌头插入速度 搅拌头的插入速度一般指搅拌针插 入被焊接材料的速度，其数值主要和搅 拌针的类型以及板材厚度有关。在搅拌 针与被焊板材接触的瞬间，轴向力会陡 增，若插入速度过快，在被焊板材尚未 完全达到热塑性状态的情况下会对设备 主轴造成极大损伤；若插入速度过慢， 则会造成温度过热影响焊接质量。 ５ 插入停留时间 插入停留时间指搅拌针插入被焊接 材料到达预设插入深度后搅拌头未开始 横向移动的时间。 插入停留时间数值主要与被焊材料和板材厚度有关。若停留时间过短，被 焊板材尚未完全达到热塑性状态，焊缝 温度场未达到平衡状态开始焊接，会在 焊缝出现隧道形孔洞；若停留时间过 长，被焊材料过热易于发生成份偏聚， 会在焊缝表面出现渣状物，同时在焊缝 内部也易出现“Ｓ”型黑线，影响焊缝 质量。 该数值选取原则是，板材薄停留时 间短；被焊材料易于塑性流动，停留时 间短；被焊材料对热敏感，过热易于发 生成份偏聚，停留时间短。 一般停留时间在５～２０ｓ之间选择。 ６ 焊接速度 搅拌摩擦焊时的焊接速度指搅拌头 沿焊缝移动速度，或者被焊接板材相对 于搅拌头的移动速度。 焊接速度的大小一般由被焊接材料 的厚度来决定，另外考虑生产效率及搅 拌摩擦焊工艺柔性等其他因素，搅拌摩 擦焊的焊接速度可在一定范围内波动。 ７ 焊接压力 搅拌摩擦焊的焊接压力指焊接时搅Different edition; Same splendor不同的版本 同样的精彩９月１日，随着新版中国焊接资讯网（ｗｗｗ．ｗｅｌｄｉｎｆｏ．ｎｅｔ） 的隆重登陆，《现代焊接》网络版得以正式开通。 《现代焊接》网络版既囊括了实体杂志各栏目、文章的 精华，也包括杂志介绍、广告服务、网上订阅、在线投稿、 稿件录用查询、在线服务等功能。 特别提示：我们把所有稿件的录用情况发布在“稿件录 用查询”中，作者直接登陆中国焊接资讯网（ｗｗｗ． ｗｅｌｄｉｎｆｏ． ｎｅｔ），进入“焊接技术”频道，点击“现代焊接”栏目，便 可看到《现代焊接》主页面。相信，只要您进入《现代焊 接》网络版，便会看到同样的精彩。（《现代焊接》编辑部）２４ 现代焊接 ２００６年第９期 总第４５期
The FSW Column搅拌摩擦焊专栏搅拌摩擦焊工艺参数The parameters of FSW process搅拌摩擦焊工艺参数主要有搅拌头 的倾角、搅拌头的旋转速度、搅拌头的 插入深度、插入速度、插入停留时间、 焊接速度、焊接压力、回抽停留时间、 搅拌头的回抽速度等。 １ 搅拌头倾角 搅拌摩擦焊时，搅拌头通常会向 前倾斜一定角度，以便焊接时搅拌头 肩部的后沿能够对焊缝施加一定的焊 接顶锻力。 搅拌头的倾角设计指标一般为±５°， 对于薄板（厚度为１￣６ｍｍ）搅拌头倾角 采用小角度，通常为１￣２°，对于中厚 板（厚度大于６ｍｍ），根据被焊接工件 的结构和焊接压力的大小，搅拌头的倾 角通常采用３￣５°。 ２ 搅拌头的旋转速度 搅拌头的旋转速度与焊接速度相关， 但通常由被焊接材料的特性决定，对于 特定的材料，搅拌头的旋转速度一般对 应着一个最佳工艺窗口，在此窗口内旋 转速度可以在一定的范围内波动，以便 和焊接速度相匹配，实现高质量的焊 接。 据搅拌头的旋转速度，搅拌摩擦焊 接可以分为冷规范、弱规范和强规范， 各种铝合材料焊接规范分类如表１所示。 ３ 搅拌头插入深度 搅拌头的插入深度一般指搅拌针插 入被焊接材料的深度，但有时可以指搅 拌肩的后沿低于板材表面的深度。 对接焊时，焊接深度一般等于搅拌 针的长度，由于搅拌针的顶端距离底部现代焊接 ２００６年第９ 期 总第４５期 ２３
搅拌摩擦焊专栏The FSW Column表１规范类别 冷规范 弱规范 强规范搅拌摩擦焊规范分类以及铝合金材料适合铝合金材料 ２０２４、２２１４、２２１９、２５１９，２１９５、７００５、７０５０、７０７５ ２６１８、６０８２ ５０８３、６０６１、６０６３拌头向焊缝施加的轴向顶锻压力。 焊接压力的大小与被焊接材料的强 度、刚度等物理特性以及搅拌头的形状 和焊接时的搅拌头压入被焊接材料的深 度等有关。但对于特定厚度的材料和搅 拌头，搅拌摩擦焊的焊接压力正常焊接 时一般保持恒定。所以当工件和设备变 形和饶度较大时，搅拌摩擦焊设备的控 制方式一般采用恒压控制。 ８ 回抽停留时间 回抽停留时间指搅拌头横向移动停 止后，搅拌针尚未从被焊接材料中抽出 的停留时间。 若回抽停留时间过短，被焊板材热 塑性流动尚未完全达到平衡状态，会在 焊缝“尾孔”附近出现孔洞；若停留时 间过长，被焊材料过热易于发生成份偏 聚，会影响焊缝质量。 ９ 搅拌头的回抽速度 搅拌头的回抽速度一般指搅拌针从 被焊接材料中抽出的速度，其数值主要 和搅拌针的类型以及板材厚度有关。 若回抽速度过快，被焊板材热塑性 金属会随搅拌针的回抽造成的惯性向上 运动，从而造成焊缝根部的金属缺失， 出现孔洞。（未完待续）（北京赛福斯特技术有限公司）搅拌头旋转速度（ＲＰＭ） ＜３００ ３００￣６００ ＞６００垫板之间保持一定间隙，搅拌针插入材 料表面后还可以在一定范围内波动，所 以焊接深度和搅拌针的长度又有较小的 差别。考虑搅拌针的长度一般为固定值 （可伸缩搅拌头除外），所以搅拌头的 插入深度也可以用搅拌肩的后沿低于板 材表面的深度来表示。对于薄板材料， 此深度一般为０．１￣ ０．３ｍｍ之间，对于中 厚板材料此深度一般不超过０．５ｍｍ。 ４ 搅拌头插入速度 搅拌头的插入速度一般指搅拌针插 入被焊接材料的速度，其数值主要和搅 拌针的类型以及板材厚度有关。在搅拌 针与被焊板材接触的瞬间，轴向力会陡 增，若插入速度过快，在被焊板材尚未 完全达到热塑性状态的情况下会对设备 主轴造成极大损伤；若插入速度过慢， 则会造成温度过热影响焊接质量。 ５ 插入停留时间 插入停留时间指搅拌针插入被焊接 材料到达预设插入深度后搅拌头未开始 横向移动的时间。 插入停留时间数值主要与被焊材料和板材厚度有关。若停留时间过短，被 焊板材尚未完全达到热塑性状态，焊缝 温度场未达到平衡状态开始焊接，会在 焊缝出现隧道形孔洞；若停留时间过 长，被焊材料过热易于发生成份偏聚， 会在焊缝表面出现渣状物，同时在焊缝 内部也易出现“Ｓ”型黑线，影响焊缝 质量。 该数值选取原则是，板材薄停留时 间短；被焊材料易于塑性流动，停留时 间短；被焊材料对热敏感，过热易于发 生成份偏聚，停留时间短。 一般停留时间在５～２０ｓ之间选择。 ６ 焊接速度 搅拌摩擦焊时的焊接速度指搅拌头 沿焊缝移动速度，或者被焊接板材相对 于搅拌头的移动速度。 焊接速度的大小一般由被焊接材料 的厚度来决定，另外考虑生产效率及搅 拌摩擦焊工艺柔性等其他因素，搅拌摩 擦焊的焊接速度可在一定范围内波动。 ７ 焊接压力 搅拌摩擦焊的焊接压力指焊接时搅Different edition; Same splendor不同的版本 同样的精彩９月１日，随着新版中国焊接资讯网（ｗｗｗ．ｗｅｌｄｉｎｆｏ．ｎｅｔ） 的隆重登陆，《现代焊接》网络版得以正式开通。 《现代焊接》网络版既囊括了实体杂志各栏目、文章的 精华，也包括杂志介绍、广告服务、网上订阅、在线投稿、 稿件录用查询、在线服务等功能。 特别提示：我们把所有稿件的录用情况发布在“稿件录 用查询”中，作者直接登陆中国焊接资讯网（ｗｗｗ． ｗｅｌｄｉｎｆｏ． ｎｅｔ），进入“焊接技术”频道，点击“现代焊接”栏目，便 可看到《现代焊接》主页面。相信，只要您进入《现代焊 接》网络版，便会看到同样的精彩。（《现代焊接》编辑部）２４ 现代焊接 ２００６年第９期 总第４５期