.,1,說課人：王小明,1說課,攪拌摩擦焊,.,2,1.1教學內容與目標,教學內容：攪拌摩擦焊的發展歷程；攪拌摩擦焊的基本原理；攪拌摩擦焊的工藝特點及重要的工藝參數；攪拌摩擦焊的發展現狀和應用領域。重點與難點：攪拌摩擦焊的基本原理；攪拌摩擦焊的工藝特點及重要的工藝參數。知識目標：掌握攪拌摩擦焊的基本原理；掌握攪拌摩擦焊的工藝參數及特點；了解其發展及應用。能力目標：培養學生對攪拌摩擦焊的工藝設計能力。素質目標：形成焊接技術的自主學習和分析方法。,.,3,1.2學情分析,授課對象：大學三年級第二學期材料專業學生。學生分析：學生前期已經學習了材料成型原理的基本知識，其課程內容已經簡單的介紹了常見的焊接工藝，但基本是熔化焊的方法與工藝，幾乎不涉及固相焊技術，更不了解攪拌摩擦焊的基本原理及其工藝。因此通過攪拌摩擦焊的學習，使學生對焊接技術的發展和應用進行全面的學習和運用。,.,4,1.3教學設計,教學方法：采用圖形結合及動畫演示教學，重點講述攪拌摩擦焊的工作原理、焊接工藝及重要參數。提煉課程結構主線：以攪拌摩擦焊的工藝為課程教學結構主線，幫助學生盡快掌握攪拌摩擦焊的原理，能夠根據不同的材料和結構設計合理的焊接工藝。增強學生自主學習能力和工程應用能力：采用圖片展示和動畫演示的分析方法，啟發學生自主分析攪拌摩擦焊的原理與工藝，同時培養學生實際運用和操作能力。,.,5,攪拌摩擦焊,主講：王小明,2講課,.,6,1991年,英國焊接研究所（TheWeldingInstitute-TWI）發明了攪拌摩擦焊（FrictionStirWelding-FSW,1997年，被日立公司、阿爾斯通公司等大型列車制造商廣泛用于鋁合金車體的制造中，在列車制造領域逐漸取代了熔焊技術。,2.1攪拌摩擦焊的發展歷程,.,7,1995年，英國焊接研究所在中國申請了攪拌摩擦焊技術發明專利，并于1999年正式獲得國家專利局批準。,2002年，英國焊接研究所與中國航空工業集團公司北京航空制造工程研究所簽定了專利授權協議，并聯合成立了中國攪拌摩擦焊中心（北京賽福斯特技術有限公司是該中心的企業化運營實體），致力于在中國地區（包括臺、港、澳）推廣這項新技術。,中國第一臺12m長寬幅型材攪拌摩擦焊設備,2.1攪拌摩擦焊的發展歷程,.,8,2.2攪拌摩擦焊接的基本原理,攪拌摩擦焊是利用摩擦熱作為焊接熱源的一種固相連接方法，但與常規摩擦焊有所不同。在進行攪拌摩擦焊接時，首先將焊件牢牢地固定在工作平臺上，然后，攪拌焊頭高速旋轉并將攪拌焊針插入焊件的接縫處，直至攪拌焊頭的肩部與焊件表面緊密接觸，攪拌焊針高速旋轉與其周圍母材摩擦產生的熱量和攪拌焊頭的肩部與焊件表面摩擦產生的熱量共同作用，使接縫處材料溫度升高而軟化，同時，攪拌焊頭邊旋轉邊沿著接縫與焊件做相對運動，攪拌焊頭前面的材料發生強烈的塑性變形。隨著攪拌焊頭向前移動，前沿高度塑性變形的材料被擠壓到攪拌焊頭的背后，在攪拌頭軸肩與焊件表層摩擦產熱和鍛壓共同作用下，形成致密的固相連接接頭。,.,9,攪拌摩擦焊原理圖,攪拌摩擦焊的焊接過程，可以分解為4個不同階段：旋轉、插入、焊接、離開。,旋轉,插入,焊接,離開,2.2攪拌摩擦焊接的基本原理,.,10,焊接接頭的示意圖,2.2攪拌摩擦焊接的基本原理,.,11,(V=14m/h),(V=38m/h),(V=28m/h),鋁合金攪拌摩擦焊宏觀形貌,2.2攪拌摩擦焊接的基本原理,.,12,2.3攪拌摩擦焊接的重要工藝參數,FSW焊接的重要工藝參數主要有攪拌頭的形狀、攪拌頭的位置、攪拌頭的轉速、焊接速度、接頭精度以及材料拘束等。這些參數對接頭穩定性和焊接質量的非常重要。,.,13,攪拌摩擦焊的工藝參數,2.3攪拌摩擦焊接的重要工藝參數,.,14,2.4攪拌摩擦焊接的特點,攪拌摩擦焊具有的優點：,攪拌摩擦焊是一種固相連接技術，接頭性能優異。,焊前不需要開坡口，可以節省焊前準備工時。,焊接過程中不需要保護氣，也不需要填充材料。,焊接過程容易實現自動化，可以實現全位置焊接，接頭質量一致性好。,.,15,攪拌摩擦焊具有的優點：,焊接熱輸入小，從而導致焊接變形小、接頭殘余應力水平低，是一種低應力、小變形焊接技術。,焊接過程中無飛濺、無弧光、無輻射，是一種綠色焊接技術。,焊接效率高、能耗低，是一種高效焊接技術。,2.4攪拌摩擦焊接的特點,.,16,攪拌摩擦焊存在的主要問題：,（1）焊縫無增高,在接頭設計時要特別注意這一特征。焊接角接接頭受到限制，接頭形式必須特殊設計。,（2）需要對焊縫施加大的壓力，限制了攪拌摩擦焊技術在機器人等設備上的應用。,（3）焊接結束時，由于攪拌頭的回抽在焊縫中往往殘留攪拌指棒的孔，所以必要時，焊接工藝上需要添加“引焊板或退出板”。,2.4攪拌摩擦焊接的特點,.,17,攪拌摩擦焊存在的主要問題：,（4）被焊零件需要由一定的結構剛性或被牢牢固定來實現焊接；在焊縫背面必須加一耐摩擦力的墊板。,（5）要求對接頭的錯邊量及間隙大小必需嚴格控制。,（6）目前只限于對輕金屬及其合金的焊接。,總之，與熔焊相比，它是一種高質量、高可靠性、高效率、低成本的綠色連接技術。,2.4攪拌摩擦焊接的特點,.,18,復合焊接技術：,（1）感應線圈輔助加熱攪拌摩擦焊工藝在旋轉工具的前方采用移動式感應線圈來當作熱源。當材料受到熱能作用后將會產生塑化現象，攪拌摩擦焊接工具的主要作用為控制材料的塑性流動形態，且可破壞存在于工件表面的氧化薄膜。然而此改良的工藝無法利用感應線圈在特定位置上予以精確加熱。（2）激光輔助攪拌摩擦焊工藝激光能的高溫作用將會使位于旋轉工具前方的工件軟化，因此僅需施以較小的工作負荷即能驅使旋轉工具移動。另外，該系統更具有另一優越性:即使在高速焊接狀態下,亦不會造成旋轉工具的過度磨損。,2.5攪拌摩擦焊接的發展現狀,.,19,2.5攪拌摩擦焊接的發展現狀,復合焊接技術：,（3）載流攪拌摩擦復合焊基于內生電阻熱攪拌摩擦熱復合的載流攪拌摩擦復合焊接(RFSW)新技術。在攪拌摩擦焊的過程中，在工件焊縫方向上通以電流，該電流與其流經的焊縫和摩擦攪拌焊接區的接觸電阻產生電阻熱，該電阻熱和攪拌摩擦熱形成攪拌摩擦的復合熱源。可用于碳鋼、不銹鋼、高溫合金等結構材料的攪拌摩擦焊接、焊前熱處理和焊后熱處理。對于解決高熔點金屬攪拌摩擦焊接的難題提供了新的研究思路和方法，對于快速高效的低熔點金屬攪拌摩擦焊接也具有改善和促進作用，能夠解決FSW焊接高熔點金屬所面臨的一些挑戰。,.,20,復合焊接技術：,a)預熱的作用,b)熱處理的作用,載流-攪拌摩擦焊裝置示意圖,2.5攪拌摩擦焊接的發展現狀,.,21,目前鋁合金仍將是攪拌摩擦焊的主要被焊材料，而鎂合金、銅合金、不銹鋼、碳鋼以及異種金屬的攪拌摩擦焊也將會成為研究熱點。不同材料的攪拌摩擦焊焊接工藝、有限元數值模擬以及焊后接頭性能和接頭焊后加工處