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T／CWAN 0043-2021 搅拌摩擦焊搅拌头设计及制造标准.pdf

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本文件规定了搅拌摩擦焊搅拌头设计、制造及使用技术条件。范围包括搅拌摩擦焊用的 搅拌头设计及制造、焊接的一般要求、焊前准备、焊接工艺、焊后检验和试验以及安全要求 等。

高速旋转的搅拌头扎入工件后沿待焊方向运动，在搅拌头与工件接触部位产生摩擦热和 剧烈塑性变形热。使其附近金属形成塑性软化层T／CBDA26-2019标准下载，软化层在搅拌头旋转和锻压作用下填充搅 拌针后方所形成的空腔，并在轴肩与搅拌针的搅拌及挤压作用下实现材料连接的固相焊接方 法。

搅拌头FSWToo1 搅拌摩擦焊接过程中由搅拌针和轴肩组成的旋转部件，对被焊材料施加搅拌摩擦效果的 工具，属于搅拌摩擦焊的主要耗材之一。

T/CWAN 00432021

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图1. 常用搅拌头结构

搅拌针probe 在焊接过程中，插入被焊接材料内部进行焊接，起到搅拌摩擦的作用，是搅拌摩擦焊热 量来源之一，属关键功能部位，如图1所示。搅拌针有多种不同的型式，根据不同的焊接材 料、不同的焊接接头型式、不同的焊接及其他相关要求选配。 3.4 搅拌针根部proberoot

搅拌针probe 在焊接过程中，插入被焊接材料内部进行焊接，起到搅拌摩擦的作用，是搅拌摩擦焊热 量来源之一，属关键功能部位，如图1所示。搅拌针有多种不同的型式，根据不同的焊接材 料、不同的焊接接头型式、不同的焊接及其他相关要求选配。

搅拌针根部proberoot

搅拌针结构中靠近轴肩的部分，如图2所示，也是最容易出现搅拌头失效的位置之

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搅拌针端部probetip 搅拌针结构中远离轴肩的部分，如图2所示。 3.6 轴肩shoulder 与搅拌针根本相连，焊接时与焊接母材表面发生摩擦作用，并起到对塑性材料的包络作 用，属关键功能部位，如图1所示，。搅拌针有多种不同的型式，根据不同的焊接材料、 不同的焊接接头型式、不同的焊接及其他相关要求选配。 3.7 过渡连接部位transitionjunction 如图1所示，连接轴肩与夹持柄部，属支撑辅助功能部位，可根据不同焊接工况调整

搅拌针端部probetip

与搅拌针根本相连，焊接时与焊接母材表面发生摩擦作用，并起到对塑性材料的包络作 用，属关键功能部位，如图1所示，。搅拌针有多种不同的型式，根据不同的焊接材料、 不同的焊接接头型式、不同的焊接及其他相关要求选配。 3.7 过渡连接部位transitionjunction 如图1所示，连接轴肩与夹持柄部，属支撑辅助功能部位，可根据不同焊接工况调整 其结构型式。 3.8 夹持紧固部位clampingfasteningpart 如图1所示，夹持柄部及紧固面可根据不同的焊接设备调整其结构型式，属于搅拌头 与设备的连接紧固部位。 3.9 止退面backstop 如图1所示，止退面通常用于搅拌头与设备的轴向定位并防止在焊接过程中因受力而 退缩造成焊接不良

如图1所示，连接轴肩与夹持柄部，属支撑辅助功能部位，可根据不同焊接工况调整 其结构型式。

天持系面up位ciampimgTasteiiingpait 如图1所示，夹持柄部及紧固面可根据不同的焊接设备调整其结构型式，属于搅拌头 与设备的连接紧固部位。 3.9 止退面backstop 如图1所示，止退面通常用于搅拌头与设备的轴向定位并防止在焊接过程中因受力而 退缩造成焊接不良。

如图1所示，夹持柄部及紧固面可根据不同的焊接设备调整其结构型式，属于搅拌头 与设备的连接紧固部位。

焊接时，搅拌针需插入被焊金属，对被焊材料起到搅拌、摩擦的作用，是搅拌头的功能 区之一。在其设计中需满足焊缝金属的有效流动及内部产热

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表3. 搅拌头轴肩径向型式C及代号

4.3.2 轴肩端面形貌设计D及代号

表4.轴肩端面形貌设计D及代号

表4.轴肩端面形貌设计D及代号

其中3、4的轴肩端面设计可不切至端面外圆

需根据焊机、加工中心及铣床要求选取合适的夹

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根据搅拌头材料热处理后的硬度选择搅拌头的制造流程。 其中硬度<55HRC时，制造流程为： 搅拌头外圆粗加工（车/铣/磨）→热处理一精加工（车/铣/磨） 硬度≥55HRC时，制造流程为： 搅拌头外圆粗加工（车/铣/磨）→精加工（车/铣/磨）→热处理→外圆磨

热处理工艺为材料在固态下，通过加热、保温和冷却的手段，以获得预期组织和性能的 一种金属热加工工艺。在搅拌头制作中起到提高金属材料的强度、硬度及一定的韧性

搅拌头表面涂层加工区域可采用局部功能区域喷涂和整体喷涂两种； 为保证钢制搅拌头在涂层加工时保证热处理后的硬度，建议采用PVD涂层，并且加 工温度在500℃以内。

为保证搅拌头的快速识别，建议在搅拌头不易磨损及耐腐蚀区域使用激光打标的方式 进行标识。

搅拌头为高精密零件，在制作完成后需要对其关键尺寸进行细致检测。 其外形检测需使用卡尺、千分尺、三坐标、二次元等尺寸测量工具进行检测；其细微尺 寸需使用二次元及轮廓度仪等高精密测量工具进行检测。检测未注公差的尺寸按照未注公差

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意拌头为高精密的焊接耗材，其包装及运输需要

搅拌头的包装应注意其在运输颠簸状态和腐蚀性环境下的仍可保持原始的外观及焊接 能力，需要注意以下几点： 6.1.1搅拌头应放置于稳定性良好的包装盒内，保证其不会因颠簸发生位移； 6.1.2包装材料应选取合适硬度、塑性的材料，保证其不会在意外情况下逸出包装盒，造成 包装失效； 6.1.3搅拌头功能区域（搅拌针、轴肩）、装夹区域为重要保护区域，需使用特殊方式进行 保护（如增添保护泡棉或保护套等方法）； 6.1.4在湿度较大或腐蚀环境下，应增添防腐手段（增加干燥剂和涂防锈油等）：

为保证搅拌头在运输途中不会因运输颠簸磕碰、海水腐蚀等因素引起的焊接失效，不 在 运输途中尽量选取颠簸少、耗时短、低腐蚀性环境的运输方法。 在运输过程中需要标注向上、怕湿、小心轻放等标志

储的位置应保持干燥及不易触碰的位置，并且

某电厂工程发电机定子吊装施工工艺(2×600mw亚临界空冷燃煤发电机组)T/CWAN 0043—2021

搅拌头使用方法及安全要求

搅拌头在使用时需装配至搅拌摩擦焊专用焊机、CNC加工中心、龙门铣床等设备上紧 固，紧固方式按照设备刀柄的要求，保证在主轴高速旋转下不会出现掉落的现象。 使用时，按照图纸要求进行工艺对刀，并进行空走调试，保证不会发生结构干涉

焊接时需持续观察搅拌头运转情况

焊后，佩戴隔温手套取下焊后的搅拌头，放置专用位置空冷至室温后装入搅拌头外置 包装。 如焊后有被焊材料残留需使用化学或机械方法去除，

2.1 焊接操作过程中操作人员应在安全区域内GB／T 36620-2018标准下载，戴好安全帽并戴防护眼镜和隔音耳塞； 2.2 操作人员在焊接过程中戴防尘口罩； 2.3 3焊接过程中禁止接触搅拌头和焊缝； 2.4 、焊接结束，搅拌头停止旋转后，需佩戴隔温手套进行安装、拆卸搅拌头及产品搬运 作，防止烫伤。