鋁合金的攪拌摩擦焊接

《鋁合金的攪拌摩擦焊接》是2010年10月中國宇航出版社出版的圖書，作者是王國慶。

基本介紹

• 書名：鋁合金的攪拌摩擦焊接
• 出版社：中國宇航出版社
• 出版時間：2010年10月

基本信息

圖書名稱：《鋁合金的攪拌摩擦焊接》

作者：王國慶等著

出版社：中國宇航出版社

出版時間：2010年10月

前言

攪拌摩擦焊接技術是英國焊接研究所於1991年發明的一種固相連線新技術，被稱為繼雷射焊以來的一場焊接革命。與傳統熔化焊相比，攪拌摩擦焊接具有接頭缺陷少、質量高、變形小，以及焊接過程綠色、無污染等顯著優點，在航空、航天、船舶、核工業、交通運輸等工業製造領域具有廣闊的套用前景。國內外都積極開展了攪拌摩擦焊接技術研究工作，也獲得了一定的研究成果，這些研究成果主要以期刊論文、學術報告、會議文檔、內部資料等形式存在， 還沒有有關攪拌摩擦焊接技術的專著問世。隨著鋁合金攪拌摩擦焊接技術的快速發展，亟須將這些研究成果進行歸納總結、梳理提煉， 形成較完整的鋁合金攪拌摩擦焊接技術體系，指導攪拌摩擦焊接技術的實際工程套用。

從2001年開始，作者所在的攪拌摩擦焊接團隊就緊密跟蹤國際技術前沿，在國內開展了攪拌摩擦焊接技術研究及套用工作，先後完成了多項國家、中國航天科技集團公司以及本單位的相關研究課題，在攪拌摩擦焊接技術及工藝工程化套用方面取得了豐碩成果， 曾獲得國防科學技術進步二等獎2項，申報國家、國防發明專利12項，完成5項航天行業標準的編制，形成了相對完整的攪拌摩擦焊接技術體系。完成編制的航天行業標準包括系列化工程用攪拌頭、攪拌摩擦焊接技術、接頭檢測技術、缺陷修補技術，以及指導焊接生產的相關工藝規範（《鋁合金攪拌摩擦焊工藝規範》、《鋁合金攪拌摩擦焊相控陣超音波檢測方法》、《鋁合金摩擦塞補焊工藝規範》）和驗收標準（《鋁合金攪拌摩擦焊技術條件》、《鋁合金摩擦塞補焊技術條件》）。

本書就是在總結和提煉上述課題研究成果和實際工程套用經驗的基礎上，參考國內外鋁合金攪拌摩擦焊接技術的最新研究進展， 結合攪拌摩擦焊接技術發展趨勢而編著的一部專用於鋁合金攪拌摩擦焊接的著作。全書以鋁合金的攪拌摩擦焊接工藝技術為主線，圍繞技術實際工程套用，較為系統地分析了攪拌摩擦焊接技術的特點 以及該技術在國內外各領域的套用現狀，闡述了攪拌頭的研製與開發，攪拌摩擦焊接頭組織和力學性能，接頭缺陷種類、定義、產生原因及缺陷檢測手段、缺陷修補技術等內容，並且針對攪拌摩擦焊接機理，較為詳細地論述了通過試驗和數值模擬兩種手段分析攪拌摩擦焊接接頭溫度場以及焊縫內部塑性金屬流動的方法，最後簡要概述了攪拌摩擦焊接技術的最新發展狀況，包括複合攪拌摩擦焊、攪拌摩擦點焊等最新焊接技術。

本書的特點主要有兩個。1）學術性。本書採用了前期課題研究所獲得的大量成果，書中論述的鋁合金攪拌摩擦焊接頭組織特徵、缺陷成因與預防、焊接過程機理分析等內容都是在課題研究成果的基礎上總結提煉的，具有一定的學術水平和理論價值；2）實用性。本書所採用的大量數據都是作者所屬團隊在實際攪拌摩擦焊接技術推廣套用過程中，通過大量試驗研究獲得的，並經過實際產品的驗證，如焊接工程影響因素分析、焊接工藝參數最佳化範圍、缺陷影響因素等。這些工程數據不同於實驗室試驗數據，它們取自工程套用一線，考慮了實際套用中的各種狀況，真實反映了攪拌摩擦焊工程化套用情況，並且已形成相應的攪拌摩擦焊接標準，這些數據可直接用於攪拌摩擦焊接工藝工程化套用推廣，具有一定的工程套用價值。

本書的完成是作者所在的研究團隊集體智慧的結晶，除作者之外，團隊中的杜岩峰、劉景鐸、張麗娜等同志在課題研究過程中做了大量的工作，在鋁合金攪拌摩擦焊接工藝最佳化、攪拌頭和攪拌摩擦焊接設備研製、焊接接頭缺陷研究及缺陷修補等方面作出了重要貢獻，為本書提供了大量的基礎數據；張引、劉偉、李華強等同志為本書攪拌摩擦焊接缺陷檢測技術研究提供了相控陣超音波檢測方面的資料。北京科技大學的張華老師參與了本書第8章“攪拌摩擦焊接溫度場”的編寫工作。在課題研究過程中得到了首都航天機械公司孟凡新、劉憲力、孫忠紹、白景彬、周世傑、郝文龍、劉琦、佟琦等各位領導的大力支持和幫助，在此一併表示感謝。同時還要感謝哈爾濱工業大學的吳林教授、林三寶副教授，北京航空航天大學的張彥華教授，他們對本書的編寫工作也給予了大力支持。此外， 本書的完成，參考了國內外最新研究成果，在此向相關的作者表示衷心的感謝，特別是某些文獻未找到原始出處，在此也向相關作者表示誠摯的謝意。

本書匯集了前期大量課題研究成果，在此向提供課題資金資助的相關單位領導表示感謝。

本書作為國內第一部介紹攪拌摩擦焊接技術的專業著作，可供從事鋁合金攪拌摩擦焊接技術科研和生產的相關人員參考，也可作為高等院校焊接及相關專業的研究生和本科高年級學生的輔助教材。

希望本書能在完善攪拌摩擦焊接技術的理論體系，進一步推進攪拌摩擦焊接技術發展，以及推廣工程化套用等方面作出一定的貢獻。限於作者的學識和經驗，書中的缺點錯誤在所難免，殷切希望讀者批評指正。

目錄

第1章　緒論1

1．1　攪拌摩擦焊接原理1

1．2　攪拌摩擦焊接特點1

1．3　接頭形式及焊接材料3

1．4　攪拌摩擦焊接專利許可與授權6

1．5　攪拌摩擦焊接技術套用8

1．5．1　攪拌摩擦焊接技術在造船業的套用8

1．5．2　攪拌摩擦焊接技術在鐵道車輛製造上的套用10

1．5．3　攪拌摩擦焊接技術在飛機製造業的套用11

1．5．4　攪拌摩擦焊接技術在航天製造業的套用14

1．5．5　攪拌摩擦焊接技術在其他工業方面的套用17

1．6　攪拌摩擦焊接技術的常用術語18

1．7　小結19

第2章　攪拌頭與攪拌摩擦焊接設備20

2．1　攪拌頭的研製與開發20

2．1．1　攪拌頭的構成20

2．1．2　攪拌頭材料選擇21

2．1．3　攪拌頭形狀設計28

2．1．4　工程用常見攪拌頭37

2．1．5　攪拌頭的改進措施39

2．2　攪拌摩擦焊接設備40

2．2．1　攪拌摩擦焊接設備分類40

2．2．2　攪拌摩擦焊接設備結構43

2．2．3　常見攪拌摩擦焊接設備簡介53

2．3　小結59

第3章　鋁合金攪拌摩擦焊接工藝60

3．1　焊接工藝參數60

3．1．1　攪拌頭旋轉速度60

3．1．2　焊接速度67

3．1．3　焊接壓力77

3．1．4　焊接線能量78

3．1．5　焊接扭矩和焊接能量83

3．2　影響焊接接頭性能的工程因素86

3．2．1　焊接間隙87

3．2．2　板厚差88

3．2．3　板材表面處理狀態90

3．2．4　攪拌頭偏移量91

3．3　理想的參數規範93

3．3．1　旋轉速度與焊接速度參數範圍93

3．3．2　焊接裝配範圍98

3．3．3　鋁合金常用焊接規範102

3．4　小結103

第4章　鋁合金攪拌摩擦焊接接頭組織及力學性能104

4．1　攪拌摩擦焊接接頭組織104

4．1．1　焊縫外觀形貌104

4．1．2　攪拌摩擦焊接接頭巨觀組織104

4．1．3　攪拌摩擦焊接接頭微觀組織109

4．2　鋁合金攪拌摩擦焊接接頭力學性能117

4．2．1　鋁合金攪拌摩擦焊接接頭性能優勢117

4．2．2　常見攪拌摩擦焊接接頭力學性能119

4．2．3　接頭力學性能各層異性123

4．3　接頭顯微硬度127

4．3．1　典型鋁合金攪拌摩擦焊接接頭顯微硬度127

4．3．2　焊接工藝參數對接頭顯微硬度的影響133

4．3．3　接頭顯微硬度的各層異性134

4．4　接頭斷口分析137

4．5　小結144

第5章　攪拌摩擦焊接缺陷定義及分類145

5．1　表面缺陷145

5．1．1　飛邊145

5．1．2　匙孔147

5．1．3　表面下凹147

5．1．4　毛刺148

5．1．5　起皮150

5．1．6　背部粘連151

5．1．7　表面犁溝152

5．1．8　背部間隙153

5．2　內部缺陷154

5．2．1　未焊透缺陷155

5．2．2　弱結合缺陷156

5．2．3　孔洞型缺陷158

5．2．4　結合面氧化物殘留162

5．3　攪拌摩擦焊接接頭缺陷產生機理163

5．4　小結167

第6章　攪拌摩擦焊接接頭缺陷檢測技術168

6．1　剖切檢查169

6．2　X射線無損檢測169

6．2．1　X射線無損檢測原理169

6．2．2　X射線無損檢測特點171

6．2．3　X射線無損檢測實例172

6．3　超音波反射法無損檢測173

6．3．1　常規超音波檢測及實例173

6．3．2　變角度超音波無損檢測及實例177

6．3．3　超音波檢測特點181

6．4　相控陣超音波無損檢測181

6．4．1　相控陣超音波無損檢測與傳統超音波檢測

技術的區別182

6．4．2　相控陣超音波無損檢測技術的基本原理183

6．4．3　相控陣超音波聲束掃描模式184

6．4．4　相控陣超音波無損檢測技術特點186

6．4．5　相控陣超音波無損檢測設備187

6．4．6　相控陣超音波無損檢測技術套用實例188

6．5　小結191

第7章　攪拌摩擦焊接接頭缺陷修補技術192

7．1　攪拌摩擦補焊192

7．2　摩擦塞補焊194

7．2．1　摩擦塞補焊原理194

7．2．2　摩擦塞補焊分類196

7．2．3　摩擦塞補焊工藝197

7．2．4　摩擦塞補焊接頭組織206

7．2．5　摩擦塞補焊在攪拌摩擦焊接接頭缺陷修補

中的套用209

7．2．6　摩擦塞補焊缺陷與防止措施211

7．3　小結214

第8章　攪拌摩擦焊接溫度場215

8．1　攪拌摩擦焊接溫度場檢測216

8．1．1　焊接材料種類對溫度場的影響216

8．1．2　焊接材料厚度對溫度場的影響219

8．1．3　工藝參數對溫度場的影響222

8．2　攪拌摩擦焊接過程溫度場數值模擬222

8．2．1　不考慮攪拌針產熱的熱源模型223

8．2．2　考慮攪拌針產熱的熱源模型226

8．3　小結240

第9章　攪拌摩擦焊縫金屬流動試驗及數值模擬241

9．1　焊縫金屬流動試驗241

9．1．1　異種材料焊接241

9．1．2　急停技術244

9．1．3　嵌入標記材料245

9．1．4　典型鋁合金攪拌摩擦焊縫金屬流動實例250

9．2　攪拌摩擦焊縫金屬流動數值模擬258

9．2．1　數值模擬簡介258

9．2．2　典型鋁合金攪拌摩擦焊縫金屬流動數值模擬262

9．3　小結266

第10章　攪拌摩擦焊接技術的發展267

10．1　高熔點金屬的攪拌摩擦焊接技術267

10．1．1　攪拌頭材料選擇268

10．1．2　攪拌頭結構設計272

10．1．3　焊接設備要求275

10．1．4　典型高熔點金屬攪拌摩擦焊接275

10．2　複合熱源攪拌摩擦焊接技術284

10．2．1　以雷射為輔助熱源的複合攪拌摩擦焊接技術284

10．2．2　以等離子弧為輔助熱源的複合攪拌摩擦焊接技術286

10．3　攪拌摩擦點焊288

10．3．1　攪拌摩擦點焊的基本原理289

10．3．2　攪拌摩擦點焊特點292

10．3．3　攪拌摩擦點焊工藝294

10．3．4　攪拌摩擦點焊焊接設備306

10．3．5　攪拌摩擦點焊技術的套用310

10．4　小結312

參考文獻313