毕业设计摩擦焊开题答辩

1、LOGO 指指导教师导教师：xxx老老师师毕设题目：毕设题目： 铝铝-铜摩擦焊接头的组织铜摩擦焊接头的组织 及性能研究及性能研究 n班班级级：材控：材控092班班n姓名：姓名：xxxn院系：材料学院院系：材料学院 选题目的选题目的: : 铝、铜因其良好的电传导、热传导、抗铝、铜因其良好的电传导、热传导、抗腐蚀和力学性能，被广泛用作工程材料腐蚀和力学性能，被广泛用作工程材料,以及以及对大气、海水的耐蚀性能，是制造电器开关、对大气、海水的耐蚀性能，是制造电器开关、电气设备、电线和电缆的良好材料。铝的密电气设备、电线和电缆的良好材料。铝的密度只有铜的度只有铜的1/3，铝与铜形成焊接件可明显，铝与铜形

2、成焊接件可明显减轻结构的重量，发挥各自的优点，而且能减轻结构的重量，发挥各自的优点，而且能够降低生产成本，因此铝够降低生产成本，因此铝-铜异种材料的焊接铜异种材料的焊接具有重要的应用价值。但是随着工业的发展，具有重要的应用价值。但是随着工业的发展，铜的资源性短缺严重，铜的价格越来越昂贵，铜的资源性短缺严重，铜的价格越来越昂贵，给电气工程领域的相关企业带来巨大的成本给电气工程领域的相关企业带来巨大的成本压力。压力。选题目的和研究意义选题目的和研究意义选题目的和研究意义选题目的和研究意义 铝的价格比铜要低很多，为了节省生产铝的价格比铜要低很多，为了节省生产成本，铝在某些场合完全可以全部或者部成本，

3、铝在某些场合完全可以全部或者部分代替铜，部分电气产品的以铝代替铜，分代替铜，部分电气产品的以铝代替铜，成为当前电气工业发展的一个趋势。成为当前电气工业发展的一个趋势。 铝铝-铜熔焊难度较大，应用较少。热压铜熔焊难度较大，应用较少。热压焊，摩擦焊，超声波焊等方法焊接质量较焊，摩擦焊，超声波焊等方法焊接质量较好好。在以金属铝代替金属铜的应用中，铝。在以金属铝代替金属铜的应用中，铝-铜的连接甚为关键，用铝代替铜不但可铜的连接甚为关键，用铝代替铜不但可以降低生产成本、节约材料，而且也可以以降低生产成本、节约材料，而且也可以减轻工件的重量，是面向环境的成型技术减轻工件的重量，是面向环境的成型技术。选题目

4、的和研究意义选题目的和研究意义意义意义: : 摩擦热焊接起源于一百多年前，此摩擦热焊接起源于一百多年前，此后经半个多世纪的研究发展，摩擦焊技后经半个多世纪的研究发展，摩擦焊技术才逐渐成熟起来，并进入推广应用阶术才逐渐成熟起来，并进入推广应用阶段。自上世纪五十年代摩擦焊技术才成段。自上世纪五十年代摩擦焊技术才成熟起来，就以其优质、高效、低耗环保熟起来，就以其优质、高效、低耗环保的突出优点受到所有工业强国的重视。的突出优点受到所有工业强国的重视。我国的摩擦焊研究始于我国的摩擦焊研究始于1957年，发源年，发源地是哈尔滨焊接研究所，是世界上最早地是哈尔滨焊接研究所，是世界上最早开展摩擦焊研究的几个国

5、家之一，并取开展摩擦焊研究的几个国家之一，并取得了很多引人注目的成果。得了很多引人注目的成果。选题目的和研究意义选题目的和研究意义 摩擦焊技术经过长期发展，已经发展摩擦焊技术经过长期发展，已经发展出很多种摩擦焊接的分类：包括惯性摩擦出很多种摩擦焊接的分类：包括惯性摩擦焊、径向摩擦焊、轨道摩擦焊、搅拌摩擦焊、径向摩擦焊、轨道摩擦焊、搅拌摩擦焊等。焊等。 同时，我国是研究、应用摩擦焊最早同时，我国是研究、应用摩擦焊最早的国家之一，在电力电气、电机变压器、的国家之一，在电力电气、电机变压器、电站锅炉、汽车拖拉机、金属切削刀具、电站锅炉、汽车拖拉机、金属切削刀具、轻工机械和石油钻探等工业部门，已应用轻

6、工机械和石油钻探等工业部门，已应用摩擦焊方法生产各种铝铜过渡接头、铜摩擦焊方法生产各种铝铜过渡接头、铜不锈钢水电接头、锅炉蛇形管和阀门、不锈钢水电接头、锅炉蛇形管和阀门、内燃机排气门和轴瓦、圆柄刀具、纺织机内燃机排气门和轴瓦、圆柄刀具、纺织机梭芯和石油钻杆等产品。梭芯和石油钻杆等产品。 研究现状、发展趋势、研究方法及应用领域研究现状、发展趋势、研究方法及应用领域研究现状：研究现状： 经过几十年的发展，摩擦焊技术在国经过几十年的发展，摩擦焊技术在国内目前已经具备了包括工艺、设备、控制内目前已经具备了包括工艺、设备、控制、检验等整套完备的专业技术规模，并且、检验等整套完备的专业技术规模，并且在基础

7、理论研究上也形成了一定的独立体在基础理论研究上也形成了一定的独立体系。系。 摩擦焊可以加工的产品范围很广，航空摩擦焊可以加工的产品范围很广，航空、航天、航天 行业的涡轮转子部件、喷气发动机行业的涡轮转子部件、喷气发动机风扇轴、补偿轴、定子叶片、调整器柄、风扇轴、补偿轴、定子叶片、调整器柄、起落架拉杆、异质材料飞机铆钉、钩头，起落架拉杆、异质材料飞机铆钉、钩头，螺栓、飞机泵轻质活塞、飞机液压操纵系螺栓、飞机泵轻质活塞、飞机液压操纵系统双金属线圈骨架、宇航用铝热管等；统双金属线圈骨架、宇航用铝热管等；研究现状、发展趋势、研究方法及应用领域研究现状、发展趋势、研究方法及应用领域 石油、煤炭、地质钻探

8、行业的石油钻石油、煤炭、地质钻探行业的石油钻杆、抽油杆、杆、抽油杆、 地质钻杆、地质取芯钻具等地质钻杆、地质取芯钻具等。汽车。汽车 行业的发动机空心轴、汽车后轴（行业的发动机空心轴、汽车后轴（含空心轴）、变速器输出轴、速度选择轴含空心轴）、变速器输出轴、速度选择轴、倾斜转向轴、传动轴、前轮轴、传动输、倾斜转向轴、传动轴、前轮轴、传动输入轴、入轴、S型凸轮轴、冷却风扇电动机壳和型凸轮轴、冷却风扇电动机壳和轴、涡轮增压器、轴、涡轮增压器、 异质材料气阀。汽车液异质材料气阀。汽车液压千斤顶、后桥壳管、安全气囊、连轴齿压千斤顶、后桥壳管、安全气囊、连轴齿轮、起动机小齿轮组件、飞轮齿圈、万向轮、起动机小

9、齿轮组件、飞轮齿圈、万向节组件等；节组件等； 研究现状、发展趋势、研究方法及应用领域研究现状、发展趋势、研究方法及应用领域发展趋势：发展趋势： 摩擦焊是焊接大家族中的一名重要成员，是一种金属固摩擦焊是焊接大家族中的一名重要成员，是一种金属固相热压焊方法。它是把两种焊件的结合面作相对高速运动相热压焊方法。它是把两种焊件的结合面作相对高速运动，借助于摩擦热使接触部分达到塑性状态，再经加压而连，借助于摩擦热使接触部分达到塑性状态，再经加压而连接成一体的一种工艺方法。接成一体的一种工艺方法。 摩擦焊接在中国的发展，目前在基础技术研究，工程化摩擦焊接在中国的发展，目前在基础技术研究，工程化开发，设备制造

10、等方面已经取得了一定的成绩，并在迅速开发，设备制造等方面已经取得了一定的成绩，并在迅速发展，面对中国在航天，航空，铁路，船舶，能源等领域发展，面对中国在航天，航空，铁路，船舶，能源等领域的远景规划和长远发展，以及潜在的巨大市场需求，摩擦的远景规划和长远发展，以及潜在的巨大市场需求，摩擦焊接在未来几年内将迎来快速发展和应用的高峰。搅拌摩焊接在未来几年内将迎来快速发展和应用的高峰。搅拌摩擦焊接技术的推广应用将提升中国的工业企业在铝合金，擦焊接技术的推广应用将提升中国的工业企业在铝合金，镁合金，铜合金等轻金属材料的速接技术水平，并且将进镁合金，铜合金等轻金属材料的速接技术水平，并且将进一步增强中国工

11、业产品的国际竞争力。一步增强中国工业产品的国际竞争力。研究现状、发展趋势、研究方法及应用领域研究现状、发展趋势、研究方法及应用领域研究方法：研究方法： 1. 对焊接母材铝，铜进行焊前处理对焊接母材铝，铜进行焊前处理,并并进行理化和焊接性分析，采用摩擦焊工艺进行理化和焊接性分析，采用摩擦焊工艺方法制备铝方法制备铝-铜摩擦焊接头；铜摩擦焊接头；2. 观察焊缝的宏观表面形貌，分析焊观察焊缝的宏观表面形貌，分析焊接参数对焊缝成形性的影响以及焊缝中出接参数对焊缝成形性的影响以及焊缝中出现的典型缺陷；现的典型缺陷；3. 用低倍显微镜观察分析焊缝的剖切用低倍显微镜观察分析焊缝的剖切面的金相组织，并利用金相显

12、微镜观察母面的金相组织，并利用金相显微镜观察母材区，焊核区及其附近区的金相组织并拍材区，焊核区及其附近区的金相组织并拍照；照； 4. 通过从一侧母材开始，经过焊核通过从一侧母材开始，经过焊核区到另一侧母材测显微硬度，绘制硬度曲区到另一侧母材测显微硬度，绘制硬度曲线线; 研究现状、发展趋势、研究方法及应用领域研究现状、发展趋势、研究方法及应用领域5. 把不同焊接参数下得到的外观成形良好的把不同焊接参数下得到的外观成形良好的焊缝试板，利用合适的方法制成拉伸试样焊缝试板，利用合适的方法制成拉伸试样在拉伸试样机上进行焊接接头的拉伸试验在拉伸试样机上进行焊接接头的拉伸试验，测量不同工艺参数下试样的抗拉强

13、度值，测量不同工艺参数下试样的抗拉强度值;6. 采用采用Quant200型场发射式扫描电镜对室型场发射式扫描电镜对室温拉伸试样断口形貌进行扫描观察接头断温拉伸试样断口形貌进行扫描观察接头断口形貌，并采用口形貌，并采用EDS能谱分析仪对断口中能谱分析仪对断口中特殊组织的化学成分进行能谱分析；特殊组织的化学成分进行能谱分析；7. 采用采用D8ADVANCE型型X射线衍射仪对接头射线衍射仪对接头进行物相结构分析，以确定异种材料焊缝进行物相结构分析，以确定异种材料焊缝区有无新相金属间化合物产生以及新相的区有无新相金属间化合物产生以及新相的种类种类。研究现状、发展趋势、研究方法及应用领域研究现状、发展趋

14、势、研究方法及应用领域应用领域：应用领域： 摩擦焊可以加工的产品范围很广，航空、航天摩擦焊可以加工的产品范围很广，航空、航天 行业行业的涡轮转子部件、喷气发动机风扇轴、补偿轴、定子叶的涡轮转子部件、喷气发动机风扇轴、补偿轴、定子叶片、调整器柄、起落架拉杆、异质材料飞机铆钉、钩头片、调整器柄、起落架拉杆、异质材料飞机铆钉、钩头螺栓、飞机泵轻质活塞、飞机液压操纵系统双金属线圈螺栓、飞机泵轻质活塞、飞机液压操纵系统双金属线圈骨架、宇航用铝热管等；石油、煤炭、地质钻探行业的骨架、宇航用铝热管等；石油、煤炭、地质钻探行业的石油钻杆、抽油杆、石油钻杆、抽油杆、 地质钻杆、地质取芯钻具等。汽车地质钻杆、地质

15、取芯钻具等。汽车行业的发动机空心轴、汽车后轴（含空心轴）、变速器行业的发动机空心轴、汽车后轴（含空心轴）、变速器输出轴、速度选择轴、倾斜转向轴、传动轴、前轮轴、输出轴、速度选择轴、倾斜转向轴、传动轴、前轮轴、传动输入轴、传动输入轴、S S型凸轮轴、冷却风扇电动机壳和轴、涡轮型凸轮轴、冷却风扇电动机壳和轴、涡轮增压器、增压器、 异质材料气阀。异质材料气阀。研究现状、发展趋势、研究方法及应用领域研究现状、发展趋势、研究方法及应用领域 汽车液压千斤顶、后桥壳管、安全气囊、汽车液压千斤顶、后桥壳管、安全气囊、连轴齿轮、起动机小齿轮组件、飞轮齿圈连轴齿轮、起动机小齿轮组件、飞轮齿圈、万向节组件等；工具、

16、万向节组件等；工具 行业的异质材料刀行业的异质材料刀具、刃具：锥孔钻、麻花钻、锪钻、铰刀具、刃具：锥孔钻、麻花钻、锪钻、铰刀、高速锉、热顶头等、异质材料钻头及铣、高速锉、热顶头等、异质材料钻头及铣刀、旋转锉、刀、旋转锉、 刻具、刻具、 牙钻等精密工具：牙钻等精密工具：机床行业的机床主轴等。机床行业的机床主轴等。要解决的主要问题及解决问题的思路与方法、拟采用的研要解决的主要问题及解决问题的思路与方法、拟采用的研究方法究方法铝铝-铜铜摩擦摩擦焊焊接接头头存在的主要存在的主要问题问题:要解决的主要问题及解决问题的思路与方法、拟采用的研要解决的主要问题及解决问题的思路与方法、拟采用的研究方法究方法 另

17、外，铝另外，铝-铜摩擦焊接头由于缺陷和硬脆铜摩擦焊接头由于缺陷和硬脆的金属间化合物的存在，强度、伸长率均的金属间化合物的存在，强度、伸长率均与母材有较大差距。对接接头焊核区由于与母材有较大差距。对接接头焊核区由于多种金属间化合物的存在，硬度波动较大多种金属间化合物的存在，硬度波动较大，搭接接头焊核区硬度高于母材。两种接，搭接接头焊核区硬度高于母材。两种接头硬度的最低点一般都出现在热影响区。头硬度的最低点一般都出现在热影响区。拟采用的研究方法：拟采用的研究方法：一严格选用实验用的铝，铜母材；一严格选用实验用的铝，铜母材；二结合摩擦焊的基本原理和特点对铝二结合摩擦焊的基本原理和特点对铝-铜两铜两

18、种金属物理性能和焊种金属物理性能和焊接性进行分析；接性进行分析；三对铝三对铝，铜两种待旱母材进行必要的清理和焊前处理；铜两种待旱母材进行必要的清理和焊前处理；四选用合适的摩擦焊设备及其他辅助设备，其中严格选用焊接设四选用合适的摩擦焊设备及其他辅助设备，其中严格选用焊接设备搅拌头的材料和结构形状；备搅拌头的材料和结构形状；五用选取好的焊接设备进行焊五用选取好的焊接设备进行焊接接；要解决的主要问题及解决问题的思路与方法、拟采用的研要解决的主要问题及解决问题的思路与方法、拟采用的研究方法究方法材料材料密度密度 g/cm3熔点熔点 / 比热容比热容/JKg-1K-1热导率热导率 /K-1m-1电阻率电

19、阻率 /10-6m 铜8.921083376.8359.21.67铝2.70660934.8206.92.65要解决的主要问题及解决问题的思路与方法、拟要解决的主要问题及解决问题的思路与方法、拟采用的研究方法采用的研究方法摩擦焊接过程：摩擦焊接过程：开始阶段：开始阶段：两个工件被两个工件被 牢牢夹紧；其中一个工件开始旋转。牢牢夹紧；其中一个工件开始旋转。加热阶段：加热阶段：以确定的力对压两个工件；在旋以确定的力对压两个工件；在旋转和压紧力的作用下产生摩擦，焊接表面转和压紧力的作用下产生摩擦，焊接表面加热。加热。焊接过程：焊接过程：旋转的工件在一个确定的时间点旋转的工件在一个确定的时间点被制动，

20、压紧压力升高。由此开始进行摩被制动，压紧压力升高。由此开始进行摩擦焊接。擦焊接。要解决的主要问题及解决问题的思路与方法、拟要解决的主要问题及解决问题的思路与方法、拟采用的研究方法采用的研究方法工艺步骤：工艺步骤：1.按照接头设计原则设计摩擦焊接头；按照接头设计原则设计摩擦焊接头；要解决的主要问题及解决问题的思路与方法、拟要解决的主要问题及解决问题的思路与方法、拟采用的研究方法采用的研究方法摩擦焊接头的形式摩擦焊接头的形式：要解决的主要问题及解决问题的思路与方法、拟要解决的主要问题及解决问题的思路与方法、拟采用的研究方法采用的研究方法主要的焊接参数主要的焊接参数： 可以控制的主要焊接参数有转速、摩可以控制的主要焊接参数有转速、摩擦压力、摩擦时间、摩擦变形量、停车时擦压力、摩擦时间、摩擦变形量、停车时间、顶锻延时、顶锻时间、顶锻力、顶锻间、顶锻延时、顶锻时间、顶锻力、顶锻变形量。变形量。转速和摩擦压力转速和摩擦压力：转速和摩擦压力直接影响摩擦扭矩、摩擦加转速和摩擦压力直接影响摩擦扭矩、摩擦加热功率、接头温度场、塑性层厚度以及摩热功率、接头温度场、塑性层厚度以及摩擦变形速度等。擦变形速度等。要解决的主要问题及解决问题的思路与方法、拟要解决的主要问题及解决问题的