（全套CAD）攪拌摩擦焊焊接工裝設計（終稿）㊣精品文檔值得下載

性能攪拌摩擦焊接頭主要包括四個微結構區域焊核區熱機影響區熱影響區和母材。

中間區域為晶粒非常細小的焊核區域，其中橢圓形的“洋蔥”環狀組織結構是焊接接頭良好的標志在焊核區的外圍存在個熱機影響區，此部分晶粒組織發生了明顯的塑性變形和部分重結晶。

對于不可熱處理強化的鋁合金，采用攪拌摩擦焊可以得到沒有空洞和裂紋的優良焊接接頭，接頭的拉伸強度般大于或優于母材，并且斷裂般出現在熱影響區和遠離焊縫接頭的母材上對于可熱處理強化的鋁合金，攪拌摩擦焊接頭的力學性能優于弧焊接頭。

另外，通過控制攪拌摩擦焊過程中焊縫區域的熱輸入，特別是控制攪拌摩擦焊接頭中硬度和強度最低的熱影響區的回火和過時效影響，可以有效地提高焊接接頭的力學性能指標。

與熔焊方法相比較，鋁合金材料的攪拌摩擦焊接頭的疲勞性能具有明顯的優勢，這是因為攪拌摩擦焊得到的是精細的再結晶組織。

另外，由于焊接過程材料沒有熔化，焊縫組織中不會有熔焊工藝經常出現的凝固偏折裂紋氣孔和夾雜等缺陷。

．攪拌摩擦焊的技術優勢攪拌摩擦焊除了具有普通摩擦焊技術的優點外，還可以進行多種接頭形式和不同焊接位置的連接。

如圖所示。

圖幾種攪拌摩擦焊的接頭形式采用攪拌摩擦焊技術不僅能焊接幾乎所有熔焊能夠焊接的金屬，而且能焊接許多熔化焊接性能差的金屬，例如鋁合金鈦合金銅合金等。

就鋁合金而言，鋁合金在高溫熔化時易吸附氫導致凝固后產生氣孔，容易產生熱裂紋和變形，因此焊接缺陷率高，并且隨著鋁合金中合金元素含量的增加，這些焊接缺陷率會大大增加。

若是采用攪拌摩擦焊，則因為焊接過程中無金屬熔化而克服了上述缺點，因此攪拌摩擦焊可以使不適宜于熔焊的金屬得到可靠的連接。

此外，攪拌摩擦焊不僅能用于同質合金間的連接，而且還適用于異質合金間的連接。

圖攪拌摩擦焊焊縫分區示意圖采用攪拌摩擦焊取代傳統的熔焊，還能改善焊縫組織和大大提高焊接接頭的力學性能，并且排除了熔焊缺陷產生的可能性。

攪拌摩擦焊焊縫組織分區示意如圖所示，焊縫組織可分為四個區域區為母材區，簡稱區為熱影響區，簡稱，該區域的材料因受熱循環的影響，微觀組織和力學性能均發生了變化，但沒有發生塑性變形區為熱變形影響區，簡稱，該區域材料已經產生了劇烈的塑性變形。

就鋁合金而言，再結晶區域和之間通常有明顯的界限，但在其它沒有熱致相變的材料中，如在純鈦鈦合金奧氏體不銹鋼和銅中，似乎整體已再結晶化，產生了無應變再結晶，這可能使得的邊界難以精確劃分區為焊核，簡稱，焊核是最接近軸肩的區域，組織結構通常有較大的變化。

在焊接接頭的熱影響區中，除了腐蝕反應比母材快些外，其金相組織與母材沒有多大區別在焊接接頭的熱變形影響區，焊接過程引起長晶粒的彎曲和輕微的重結晶焊核由纖細的經動態再結晶的等軸晶構成，其晶粒尺寸比母材的晶粒尺寸小得多。

鋁合金的攪拌摩擦焊實驗表明，焊縫最薄弱的環節不在焊核區，而是在熱影響區。

經過固溶處理和人工時效處理的系列系列鋁合金的攪拌摩擦焊焊縫，經過時效處理后，其強度接近于基體材料的強度。

．攪拌摩擦焊的攪拌，摩擦，磨擦，焊接工，裝設，畢業設計，全套，圖紙攪拌摩擦焊技術是年代發展起來的自發明到工業應用時間跨度最短和發展最快的項新型固相連接新技術，公認為是最有前途和最適合航空材料以及結構件制造的工藝方法之。

由于攪拌摩擦焊焊縫組織均勻接頭力學性能優異，生產過程中安全無飛濺無煙塵煙氣無輻射，污染小成本低等技術優勢，因而在許多工業領域獲得了廣泛應用。

在航天工業中，攪拌摩擦焊工藝在飛行器鋁合金結構制造中的推廣應用，在國外已顯示出強勁的技術創新活力，給傳統制造工藝帶來了革命性的改造。

隨著人們對攪拌摩擦焊技術認識的提高，預計在不遠的將來，鋁合金鎂合金鋅合金鈦合金等輕金屬材料的連接將主要由攪拌摩擦焊來完成，尤其在運載火箭高速鋁合金列車鋁合金高速快艇全鋁合金汽車等項目中攪拌摩擦焊技術將會占主導地位。

本文設計出的攪拌摩擦焊焊機，總功率約千瓦，適合于普通厚度的鋁及其合金的工藝試驗試件的焊接，攪拌摩擦頭轉速約，焊接速度，最大加工焊縫厚度，焊縫長度。

文中介紹了攪拌摩擦焊焊接技術的基本原理和特點，概要地介紹了攪拌摩擦焊的技術優勢研究現狀工業應用和發展前景。

針對工藝試驗試件攪拌摩擦焊機，主要設計計算和校核了設備各主要部分，均能夠滿足試驗用焊機的要求。

該設備結構緊湊，簡單，操作方便，與市場價格相比，成本很低。

關鍵詞攪拌摩擦焊固相焊接鋁合金焊接應用前景焊機設計緒論攪拌摩擦焊是由英國焊接研究所，簡稱于年提出的種固態連接方法，并于年和年在世界范圍內的發達和發展中國家申請了知識產權保護。

此技術原理簡單，且控制參數少易于實現自動化，可將焊接過程中的人為因素降到最低。

攪拌摩擦焊技術與傳統的熔焊相比，擁有很多優點，因而使得它具有廣泛的工業應用前景和發展潛力。

有關攪拌摩擦焊接頭的組織力學性能包括斷裂疲勞腐蝕性能無損檢測以及工藝參數對焊縫質量的影響等的研究是推廣應用攪拌摩擦焊的基礎，有關這些方面的研究是這個領域的研究熱點。

攪拌摩擦焊技術是年代發展起來的自發明到工業應用時間跨度最短和發展最快的項神奇的固相連接新技術。

截止年月日，世界范圍內得到英國焊接研究所攪拌摩擦焊專利技術許可的用戶己經有家，與攪拌摩擦焊技術相關的專利技術有項。

著名的等公司購買了此項技術，并已大量的在航天航空車輛造船等行業得到成功地應用。

．攪拌摩擦焊簡介攪拌摩擦焊原理及工藝圖攪拌摩擦焊原理圖攪拌摩擦焊的焊接原理如圖所示。

置于墊板上的對接工件通過夾具夾緊，以防止對接接頭在焊接過程中松開。

個帶有特型攪拌指頭的攪拌頭旋轉并緩慢的將攪拌指頭插入兩塊對接板材之間的焊縫處。

般來講，攪拌指頭的長度接近焊縫的深度。

當旋轉的攪拌指頭接觸工件表面時，與工件表面的快速摩擦產生的摩擦熱使接觸點材料的溫度升高，強度降低。

攪拌指頭在外力作用下不斷頂鍛和擠壓接縫兩邊的材料，直至軸肩緊密接觸工件表面為止。

這時，由旋轉軸肩和攪拌指頭產生的摩擦熱在軸肩下面和攪拌指頭周圍形成大量的塑化層。

當工件相對攪拌指頭移動或攪拌指頭相對工件移號為帶根數﹥具體尺寸見零件圖。

表平鍵軸鍵公稱尺寸軸轂.鍵長系列，小帶輪設計。

圖帶輪的結構及尺寸小帶輪結構按照圖再結合表進行設計。

用攪拌軸軸肩作軸向固定，的鍵作周向固定。

查表得，鍵的.，.，取。

具體尺寸見零件圖。

攪拌軸的設計．選擇軸的材料。

攪拌摩擦焊機的功率.不大，又無特殊要求，故選用常用的號鋼并作正火處理。

由表查得。

表軸的常用材料及其主要機械性能材料牌號熱處理毛坯直徑硬度強度極限屈服極限彎曲疲勞極限剪切疲勞極限備注正火調質應用最為廣泛．按轉矩估算軸的最小直徑。

對于般的傳動軸，可按下式計算軸的最直徑查表得，由式得計算所得是最小處的軸徑，取，前端留出作為帶輪的軸向固定。

表按轉矩計算軸用的和值軸的材料．軸的結構設計。

圖，大帶輪外端用螺母固定，選用螺母，并加彈簧墊片此段用于裝小帶輪，為了軸向定位，故長度比小帶輪的寬度減少了此處開鍵槽以作小帶輪的周向定位，查表得，選取鍵的尺寸為，.，.表圓錐滾子軸承軸承代號尺寸極限轉速脂潤滑油潤滑，用于安裝軸承，查表得軸承寬度為，用于安裝軸承，用于安裝攪拌頭夾具軸的總長為軸承用號二硫化鉬鋰基脂進行潤滑，由表查得，符合轉速的要求。

．軸上受力分析。

帶對軸的作用力為，攪拌摩擦頭對軸的作用力為，軸向力，則水平面解得垂直面解得焊的工業應用基于攪拌摩擦焊接這種固相連接技術的明顯優越性，例如可焊金屬范圍廣優良的接頭力學性能，不需要填充焊接材料，沒有焊接煙塵和飛濺，很少的焊前準備和焊接變形等，在世界范圍內的國際合作中開展了大量的研究和開發工作。

特別是攪拌摩擦焊可以焊接各種鋁合金材料，甚至以前所謂的不可焊鋁合金材料都能焊接，如應用于航空航天領域的系列系列系列系列系列高強鋁合金也可以利用這種先進的焊接方法得到高質量的連接。

目前，除了在飛機制造領域內，攪拌摩擦焊技術已由試驗研究工程開發轉入大規模的工業化應用階段，迄今，已經在船舶高速列車等制造領域得到了非常成功的應用，在宇航領域，也成功應用到運載火箭航天飛機的低溫燃料筒軍用和科學研究火箭和導彈以及熔焊接構件的修理等，如圖所示。

圖飛機方向舵液控件的修理圖攪拌摩擦焊鋁合金炮彈圖攪拌摩擦焊焊接火箭燃料貯箱船舶制造和海洋工業是攪拌摩擦焊首先得到商業應用的兩個工業領域，主要應用甲板側板防水壁板和地板外殼和主體結構件直升機降落平臺水上觀測站帆船的桅桿及結構件等，如圖所示。

圖船用攪拌摩擦焊鋁合金型材甲板對于陸路交通工業，攪拌摩擦焊在列車制造領域的應用主要為高速列車軌道貨車地鐵車廂和有軌電車集裝箱體等攪拌摩擦焊在汽車上的應用主要為底盤車身支架卡車車體汽車起重器裝甲車的防護甲板等，如圖所示。

圖列車用攪拌摩擦焊鋁合金型材攪拌摩擦焊在民用建筑工業的應用主要為鋁合金橋梁裝飾板門窗框架管線熱交換器等。

電子工業對攪拌摩擦焊的興趣也在增加，其應用主要表現為發動機殼體電器連接件電器封裝等，如圖所示。

圖制造的鋁合金散熱器圖輸變電攪拌摩擦焊熱沉器在其它工業領域，攪拌摩擦焊也有較多應用，例如冰箱冷卻板廚房電器和設備“白色”家用物品和工具天然器液化氣儲箱和容器家庭裝飾等。

．攪拌摩擦焊的發展前景由于攪拌摩擦焊焊縫組織好接頭力學性能優異，因而在許多工業領域獲得了廣泛應用。

在航天工業中，攪拌摩擦焊工藝在飛行器鋁合金結構制造中的推廣應用，在國外已顯示出強勁的技術創新活力，給傳統制造工藝帶來了革命性的改造。

年美國波音公司的空間和防御實驗室引進了攪拌摩擦焊技術，用于焊接些火箭部件麥道公司也把這種技術用于制造運載火箭的推進劑貯箱及格?馬公司正在評估該工藝用于連接合金的可行性。

在造船和車輛工業，歐洲已有數家公司將該技術用于生產大型預制鋁板。

在設備開發和制造方面，挪威已建立了世界上第個攪拌摩擦焊商業設備，可焊接厚尺寸的船板公司正在制造可供商業應用的攪拌摩擦焊機，計劃安裝在，用來焊接尺寸為的工件，預計可焊接的工件厚度為.。

從上述工業應用和設備開發實例可以看出，攪拌摩擦焊已經在航空船舶高速列車汽車等制造領域的輕結構制造中顯示出強勁的創新活力和廣闊的應用前景，并得到了廣泛應用。

年英國焊接研究所在中國申請了有關攪拌摩擦焊和攪拌頭專利保護專利號.，并且在年得到了中國知識產權局的批準批準號在年月日，北京航空制造工程研究所和英國焊接研究所在北京正式簽署攪拌摩擦焊專利許可和技術合作協議，并且在雙方合作成立了中國攪拌摩擦焊中心的基礎上，注冊成立了中國首家專業化的攪拌摩擦焊技術公司北京賽福斯特技術有限公司。

北京賽福斯特技術有限公司負責中國攪拌摩擦焊中心在中國地區包括香港澳門研究現狀攪拌摩擦焊工藝最初主要用于解決鋁合金等低熔點材料的焊接，關于攪拌摩擦焊工藝的特點和應用等，進行了較多的研究，并于年年申請了專利。

目前，主要是與航空航天海洋道路交通鋁材廠焊接設備制造廠等大公司聯合，以團體贊助或合作的形式開發這種技術，擴大其應用范圍。

他們正在進行的由工業企業贊助的研究項目包括鋼的攪拌摩擦焊汽車輕型構件的攪拌摩擦焊等。

美國的愛迪生焊接研究所，簡稱與密切協作，也在進行工藝的研究。

美國的美國洛克希德?馬丁航空航天公司馬歇爾航天飛行中心美國海軍研究所大學德克薩斯大學阿肯色斯大學南卡羅里納大學德國的