摘 要

搅拌摩擦点焊是以搅拌摩擦焊作为基础应运而生的一种新型固相连接技术，搅拌摩擦点焊相对于传统点连接技术在铝合金、镁合金等轻合金连接领域拥有巨大的优势。而在当前全球资源以及环境保护日益严峻的主题下，材料的轻量化已经成为汽车、船舶、航天、电子、轨道列车等工业制造领域发展的重要目标。为此本文对搅拌摩擦点焊开展了行业调查并分析了其未来的应用前景。

本文首先介绍了基本型、摆动式、回填式及无针插入式FSSW的基本原理，在此之后分别对这四种形式的FSSW技术的研究现状展开了讨论。然后展示了国内外部分FSSW设备。对FSSW和电阻点焊以及铆接技术的特点进行了对比讨论，给出了FSSW的技术优势。最后介绍了FSSW技术在汽车、航天及航空工业制造领域中对镁、铝以及其它先进材料的焊接的应用现状，并分析了其在这些领域中的应用前景。

调查结果表明，搅拌摩擦点焊技术与传统的点焊方法相比，FSSW具有变形小，无需复杂的表面处理，焊接工具损耗小的优点，不但能够获得较高力学性能的接头，还能够降低生产成本。与铆接技术相比，FSSW具有生产成本低，接头力学性能好，工艺简单，生产效率高，不增加构件的重量等优点。对于密度相对较小的合金金属，例如，铝合金、镁合金等来说是非常有效的连接方法。因此搅拌摩擦点焊在汽车、航天及航空工业的生产制造中有着非常广阔的前景，将会逐步取代电阻点焊以及铆接技术，在未来成为一种举足轻重的点连接技术。

关键词：搅拌摩擦点焊；行业发展；前景分析

Abstract

Friction stir spot welding (FSSW) is a new type of solid-state connection technology developed by friction stir welding (FSW) as the technical basis. Friction stir spot welding relative to the traditional point of connection technology in the welding of aluminum alloy, magnesium alloy and other light alloy has a huge advantage. In the current global resources and increasingly serious environmental protection under the theme of lightweight materials has become a vehicle, ship, aerospace, electronics, rail trains and other industrial manufacturing development of the important objectives. In this paper, the friction stir spot welding technology is researched and analyzed for its future application prospect.

In this paper, the basic principle of basic type, swing type, backfill type and needleless type friction stir spot welding is introduced. After this, the research status of these four forms of friction stir welding technology is discussed. And then simply show the friction stir spot welding equipment at home and abroad. The characteristics of friction stir spot welding and resistance spot welding and riveting technology are compared and analyzed, and the technical advantages of friction stir spot welding are given. Finally, the application status of friction stir spot welding technology in welding of magnesium, aluminum and other advanced materials in automobile, aerospace and aerospace industry is introduced, and its application prospect in these fields is analyzed.

The results show that compared with the traditional spot welding method, FSSW has the advantages of small deformation, no complicated surface treatment and small loss of welding tool, which can not only obtain high mechanical performance joints, but also can reduce the production cost. Compared with riveting technology, FSSW has the advantages of low production cost, good mechanical performance of joints, simple process, high production efficiency and no increase in the weight of components. For very small density of alloy metal, for example, aluminum alloy, magnesium alloy, etc. is a very effective connection method. Therefore, friction stir spot welding in the automotive, aerospace and aviation industry manufacturing has a very broad prospects, will gradually replace the resistance spot welding and riveting technology, in the future to become a pivotal point connection technology.

Key Word:FSSW；Industry research；Prospect Analysis

目 录

第1章 绪论 1

1.1 研究背景与意义 1

1.2研究的目标和主要内容 1

1.3论文结构 2

第2章 搅拌摩擦点焊技术简介 3

2.1 搅拌摩擦点焊原理 3

2.1.1 搅拌摩擦焊原理 3

2.1.2 基本型搅拌摩擦点焊 3

2.1.3 摆动式搅拌摩擦点焊 4

2.1.4 回填式搅拌摩擦点焊 5

2.1.5 无针插入式搅拌摩擦点焊 6

2.2 搅拌摩擦点焊的研究现状 7

2.2.1 基本型搅拌摩擦点焊 7

2.2.2 摆动式搅拌摩擦点焊 8

2.2.3 回填式搅拌摩擦点焊 8

2.2.4 无针插入式搅拌摩擦点焊 9

2.3搅拌摩擦点焊的特点分析 10

2.3.1 与电阻点焊相比 10

2.3.2 与铆接相比 11

2.3 本章小节 11

第3章 搅拌摩擦点焊的工业应用 13

3.1 搅拌摩擦点焊设备 13

3.2搅拌摩擦点焊行业调查及其前景分析 13

3.2.1搅拌摩擦点焊在汽车工业中的应用 15

3.2.2搅拌摩擦点焊在航天工业中的应用 17

3.2.3 搅拌摩擦点焊在航空工业行业中的应用 18

3.3 本章小结 20

第4章 搅拌摩擦点焊的数值模拟 21

4.1搅拌摩擦点焊数值模拟研究现状 21

4.2 搅拌摩擦点焊数值模拟应用前景和方向 21

第5章 结论 23

参考文献 24

致谢 27

绪论

1.1 研究背景与意义

在当前全球资源以及环境保护日益严峻的主题下，材料的轻量化已经成为汽车、船舶、航天、电子、轨道列车等工业制造领域发展的重要目标。采用密度相对较小的合金金属，例如，铝合金、镁合金等是实现材料轻量非常有效的方法。当前使用相对比较普遍的轻金属点连接方法主要采用电阻点焊及铆接，这两种方法在实际的使用中存在或多或少的缺点。所以，对于新的轻金属合金的点连接技术的研究，对于推动工业制造产品的轻量化发展具有非常深远的意义。

搅拌摩擦焊（Friction Stir Welding，简称FSW）由英国焊接研究所（The Welding Institute，TWI）在1991年研发的一种新型固相连接技术^[1]。在初始的研究阶段时期，FSW这种方法在铝合金焊接中能够减少能源消耗，并且能够获得力学强度性能优秀的点焊接头而受到了广泛的注意。与熔焊比FSW没有飞溅、烟尘，不用使用焊丝及保护气体，焊接接头的缺陷相对较少；与其它摩擦焊比较，FSW不用要求被焊工件必须是轴类，能够对直焊缝进行焊接。自从其问世以来，FSW在铜、钢、铝、镁、钛合金、高温合金等材料焊接获得了巨大的发展。正是因为FSW能够对那些熔焊焊接性差的材料进行焊接，它被当作激光焊接技术之后的又一重要的新型焊接技术。