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搅拌摩擦焊搅拌头设计
演讲人：
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目录
CONTENTS
01
设计基础原理
02
关键结构参数
03
材料选型规范
04
工艺匹配优化
05
质量检测方法
06
应用场景案例
01
设计基础原理
搅拌摩擦焊工艺原理
摩擦生热
焊具高速旋转与工件接触，产生摩擦热使材料达到塑性或熔化状态。
01
塑性化材料在焊具旋转摩擦力作用下，由焊具前部向后部流动。
02
固相焊接
在焊具的挤压作用下，塑性化材料冷却凝固形成固相焊缝。
03
材料塑性流动
热力耦合机制分析
摩擦热与材料流动
摩擦热导致材料温度升高、塑性增强，有利于材料流动和焊缝形成。
01
热传导与散热
焊接过程中的热量通过热传导向工件内部传递，同时焊具和工件表面散热影响焊接温度。
02
温度场与焊接参数
焊接过程中的温度场分布与焊接参数（如旋转速度、焊接速度等）密切相关，影响焊缝质量和性能。
03
搅拌头核心功能要求
搅拌作用
搅拌头需具备足够的搅拌作用，以确保焊缝材料充分混合，避免缺陷。
02
04
03
01
耐磨性与耐热性
搅拌头需具备良好的耐磨性和耐热性，以承受焊接过程中的高温和磨损。
摩擦生热
搅拌头与工件摩擦产生足够的热量，使材料达到塑性或熔化状态。
焊缝形成与焊具形状
搅拌头的形状和尺寸影响焊缝的形成和质量，需根据焊接材料和工艺要求进行设计。
02
关键结构参数
轴肩直径与形状设计
轴肩直径对焊接接头性能的影响
轴肩直径的大小直接影响到焊接过程中的热输入和材料的塑性流动，从而影响焊接接头的力学性能。
轴肩形状设计的重要性
常见轴肩形状及其特点
合适的轴肩形状能够使焊接过程中产生的热量更加均匀地分布，有利于材料的塑性变形和流动，减少焊接缺陷的产生。
包括平面轴肩、凹形轴肩和凸形轴肩等，每种形状都有其独特的应用场景和优缺点。
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搅拌针的长度决定了焊接过程中搅拌的有效深度，对焊缝的均匀性和力学性能有重要影响。
搅拌针几何参数优化
搅拌针长度的影响
搅拌针直径的大小直接影响焊接过程中材料的流动和塑性变形程度，需要根据焊接材料的特性和厚度进行合理选择。
搅拌针直径的选择
通过优化搅拌针的形状，如采用锥形、三角形等形状，可以进一步改善焊接效果和焊缝质量。
搅拌针形状的优化
螺纹特征参数匹配
螺纹类型与焊接效果的关系
螺纹方向对焊接的影响
螺纹参数的优化
不同的螺纹类型（如直螺纹、锥螺纹等）对焊接过程中的材料流动和塑性变形有不同的影响，从而影响焊接质量。
包括螺纹的牙型、螺距、导程等参数，这些参数的合理匹配能够提高焊接过程中的稳定性和焊缝的力学性能。
螺纹方向的选择也会对焊接过程产生影响，需要根据具体的焊接材料和工艺要求进行选择。
03
材料选型规范
具有出色的耐高温性能和耐磨性，适用于高温环境下的搅拌头。
氧化物陶瓷
硬度高、耐磨性强，能在高温下保持较好的性能。
碳化硅陶瓷
如钨、钼等合金，具有高熔点和高硬度，能够满足高温耐磨的要求。
合金材料
高温耐磨材料特性
尽量减小高温下材料的热膨胀，降低热应力。
材料热膨胀系数控制
选用低热膨胀系数材料
确保搅拌头各部分材料的热膨胀系数相匹配，避免因热应力导致的断裂。
匹配材料热膨胀系数
通过合理的加工工艺，控制材料的热膨胀系数，保证产品的稳定性。
加工工艺控制
表面处理技术标准
表面粗糙度控制
通过精密加工和抛光，控制表面粗糙度，减少摩擦和磨损。
01
表面涂层技术
采用抗氧化、耐磨的涂层技术，提高搅拌头表面的耐磨性和使用寿命。
02
表面强化处理
如喷丸强化、渗碳等表面处理技术，提高搅拌头表面的硬度和强度。
03
04
工艺匹配优化
转速-进给量参数匹配
搅拌头旋转速度
搅拌头旋转速度过快会导致热输入过大、焊缝过热和焊缝区材料性能下降；旋转速度过慢则会导致焊缝热输入不足，焊缝强度降低。
进给速度
转速与进给量匹配
进给速度过快会导致焊缝截面积减小、焊缝成形不良；进给速度过慢则会导致焊缝热输入过大，焊缝过热。
合适的转速与进给量匹配可以实现良好的焊缝成形和力学性能。
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2
3
焊接压力动态调控
压力对焊缝的影响
焊接压力是搅拌摩擦焊的重要工艺参数，对焊缝的成形和力学性能都有显著影响。
01
焊接过程中需要根据焊缝的实际情况动态调整焊接压力，以保证焊缝质量和稳定性。
02
压力与转速、进给量的协调
焊接压力需要与转速和进给量协调配合，才能实现最佳焊接效果。
03
焊接压力的动态调整
热输入是搅拌摩擦焊的重要工艺参数之一，对焊缝的成形、组织和性能都有显著影响。
热输入平衡策略
热输入对焊缝的影响
通过合理设定焊接参数和搅拌头结构，实现焊接过程中的热输入平衡，保证焊缝质量和稳定性。
热输入平衡策略
在保证焊缝质量的前提下，应尽量提高焊接效率，以实现高效、高质量的搅拌摩擦焊。
热输入与焊接效率的协调
05
质量检测方法
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