團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)T/CWAN0043—2021Designandmanufacturingstandardoffric2021-03-15發(fā)布中國焊接協(xié)會(huì)發(fā)布1T/CWAN0043—2021 12規(guī)范性引用文件 13術(shù)語和定義 14攪拌頭設(shè)計(jì)原則 34.1攪拌針材料的選用原則 34.2攪拌針設(shè)計(jì) 34.3軸肩設(shè)計(jì) 44.4過渡區(qū)域設(shè)計(jì) 54.5夾持端設(shè)計(jì) 54.6攪拌頭尺寸公差設(shè)計(jì) 65攪拌頭制造規(guī)范 75.1攪拌頭制造流程 75.2車銑加工 75.3熱處理 75.4磨床加工 75.5表面涂層加工 75.6激光打標(biāo) 75.7檢測規(guī)范 76攪拌頭包裝、運(yùn)輸及存儲規(guī)范 86.1包裝要求 86.2運(yùn)輸規(guī)范 86.3攪拌頭的存儲 8附錄A（資料性） 9T/CWAN0043—20212本文件按照GB/T1.1—2020給出的規(guī)則起草。本文件由中國焊接協(xié)會(huì)提出并歸口。本文件起草單位：昆山哈工萬洲焊接研究院有限公司、比亞迪汽車工業(yè)有限公司、哈爾濱焊接研究院有限公司、中車長春軌道客車股份有限公司、上海凌云工業(yè)科技有限公司凌云汽車技術(shù)分公司、南昌航空?學(xué)、重慶科技學(xué)院、中車青島四方機(jī)車車輛股份有限公司。本文件主要起草人：萬龍、樹西、黃永憲、周軍、黃體方、高祎晗、呂宗亮、李小林、劉鑫、何?忠、孟祥晨、陳?華、尹?孟、謝聿銘、盧春暉、伍苗祁、夏石鈴、張春波、烏彥全、徐鋒、韓振宇、朱棟、王剛、謝吉林、張鐵浩。T/CWAN0043—20211本文件規(guī)定了攪拌摩擦焊攪拌頭設(shè)計(jì)、制造及使用技術(shù)條件。范圍包括攪拌摩擦焊用的攪拌頭設(shè)計(jì)及制造、焊接的一般要求、焊前準(zhǔn)備、焊接工藝、焊后檢驗(yàn)和試驗(yàn)以及安全要求等。2規(guī)范性引用文件下列文件中的內(nèi)容通過文中的規(guī)范性引用而構(gòu)成本文件必不可少的條款。其中，注日期的引用文件，僅該日期對應(yīng)的版本適用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改單）適用于本文件。GB/T1804—2016一般公差未注公差的線性和角度尺寸的公差GB/T2654焊接接頭硬度試驗(yàn)方法GB/T3375焊接術(shù)語GB/T34630攪拌摩擦焊鋁及鋁合金T/CWAN0012—2019焊接術(shù)語-壓力焊3術(shù)語和定義3.1攪拌摩擦焊frictionstirwelding，F(xiàn)SW高速旋轉(zhuǎn)的攪拌頭扎入工件后沿待焊方向運(yùn)動(dòng)，在攪拌頭與工件接觸部位產(chǎn)生摩擦熱和劇烈塑性變形熱。使其附近金屬形成塑性軟化層，軟化層在攪拌頭旋轉(zhuǎn)和鍛壓作用下填充攪拌針后方所形成的空腔，并在軸肩與攪拌針的攪拌及擠壓作用下實(shí)現(xiàn)材料連接的固相焊接方法。3.2攪拌頭FSWTool攪拌摩擦焊接過程中由攪拌針和軸肩組成的旋轉(zhuǎn)部件，對被焊材料施加攪拌摩擦效果的工具，屬于攪拌摩擦焊的主要耗材之一。T/CWAN0043—20212圖1.常用攪拌頭結(jié)構(gòu)3.3攪拌針probe在焊接過程中，插入被焊接材料內(nèi)部進(jìn)行焊接，起到攪拌摩擦的作用，是攪拌摩擦焊熱量來源之一，屬關(guān)鍵功能部位，如圖1所示。攪拌針有多種不同的型式，根據(jù)不同的焊接材料、不同的焊接接頭型式、不同的焊接及其他相關(guān)要求選配。3.4攪拌針根部proberoot攪拌針結(jié)構(gòu)中靠近軸肩的部分，如圖2所示，也是最容易出現(xiàn)攪拌頭失效的位置之一。圖2.攪拌針結(jié)構(gòu)T/CWAN0043—202133.5攪拌針端部probetip攪拌針結(jié)構(gòu)中遠(yuǎn)離軸肩的部分，如圖2所示。3.6軸肩shoulder與攪拌針根本相連，焊接時(shí)與焊接母材表面發(fā)生摩擦作用，并起到對塑性材料的包絡(luò)作用，屬關(guān)鍵功能部位，如圖1所示，。攪拌針有多種不同的型式，根據(jù)不同的焊接材料、不同的焊接接頭型式、不同的焊接及其他相關(guān)要求選配。3.7過渡連接部位transitionjunction如圖1所示，連接軸肩與夾持柄部，屬支撐輔助功能部位，可根據(jù)不同焊接工況調(diào)整其結(jié)構(gòu)型式。3.8夾持緊固部位clampingfasteningpart如圖1所示，夾持柄部及緊固面可根據(jù)不同的焊接設(shè)備調(diào)整其結(jié)構(gòu)型式，屬于攪拌頭與設(shè)備的連接緊固部位。3.9止退面backstop如圖1所示，止退面通常用于攪拌頭與設(shè)備的軸向定位并防止在焊接過程中因受力而退縮造成焊接不良。4攪拌頭設(shè)計(jì)原則4.1攪拌針材料的選用原則攪拌頭材料需根據(jù)被焊材料及焊接深度選取，需考察材料的韌性、抗剪能力、耐高溫性等性能?，F(xiàn)一般選取模具鋼、高速鋼、鎳鈷基合金、鎢鑭合金及PCBN等。鋼、鎳鈷基攪拌頭使用前需進(jìn)行調(diào)制處理，硬度滿足在45HRC-70HRC。4.2攪拌針設(shè)計(jì)焊接時(shí)，攪拌針需插入被焊金屬，對被焊材料起到攪拌、摩擦的作用，是攪拌頭的功能區(qū)之一。在其設(shè)計(jì)中需滿足焊縫金屬的有效流動(dòng)及內(nèi)部產(chǎn)熱。4.2.1攪拌針徑向型式A及代號T/CWAN0043—20214表1.主要的攪拌針徑向形式A及其代號1234攪拌針根據(jù)設(shè)計(jì)要求通常選取圓錐1、圓柱2、偏心3、尖部加粗4等結(jié)構(gòu)，以適應(yīng)焊接要求。4.2.2攪拌針軸向型式B及代號攪拌針軸向形式的設(shè)計(jì)主要考慮攪拌頭在焊接時(shí)可以滿足帶動(dòng)被焊材料塑性流動(dòng)的需求，根據(jù)需要選擇圓形1、三棱面2、軸向槽3、螺旋槽4、偏心圓5等。表2.攪拌針軸向形式B及代號123454.2.3針長設(shè)計(jì)為保證焊接深度與產(chǎn)品設(shè)計(jì)一致，應(yīng)選取合適的攪拌針針長。一般針長L=焊接深度H-（0.2~0.3）mm4.3軸肩設(shè)計(jì)軸肩作為攪拌頭的主要功能區(qū)之一，起到了包絡(luò)塑性金屬、加強(qiáng)表面塑性流動(dòng)、提供焊縫熱輸入等功能。4.3.1軸肩徑向型式C及代號攪拌頭軸肩根據(jù)設(shè)計(jì)需要，選擇平面軸肩1、內(nèi)凹軸肩2、外凸軸肩3。其中焊接三維曲面時(shí)，應(yīng)選擇外凸軸肩3。T/CWAN0043—20215表3.攪拌頭軸肩徑向型式C及代號1234.3.2軸肩端面形貌設(shè)計(jì)D及代號表4.軸肩端面形貌設(shè)計(jì)D及代號1234567其中3、4的軸肩端面設(shè)計(jì)可不切至端面外圓。4.3.3軸肩尺寸設(shè)計(jì)在攪拌頭設(shè)計(jì)中，軸肩尺寸決定了攪拌頭對焊縫中的塑性材料的包絡(luò)作用及焊接熱輸入。焊接深度在1-16mm鋁合金攪拌頭軸肩尺寸設(shè)計(jì)建議采用如下尺寸，如圖5所示。4.4過渡區(qū)域設(shè)計(jì)過渡區(qū)的設(shè)計(jì)需根據(jù)所焊產(chǎn)品結(jié)構(gòu)及攪拌頭材料狀態(tài)選取不同結(jié)構(gòu)的過渡區(qū)域。4.5夾持端設(shè)計(jì)夾持端設(shè)計(jì)需根據(jù)焊機(jī)、加工中心及銑床要求選取合適的夾持端。T/CWAN0043—20216表5.焊接1-16mm鋁合金攪拌頭軸肩尺寸設(shè)計(jì)4.6攪拌頭尺寸公差設(shè)計(jì)圖3.攪拌頭尺寸公差設(shè)計(jì)75攪拌頭制造規(guī)范5.1攪拌頭制造流程根據(jù)攪拌頭材料熱處理后的硬度選擇攪拌頭的制造流程。其中硬度＜55HRC時(shí)，制造流程為：攪拌頭外圓粗加工（車/銑/磨）→熱處理→精加工（車/銑/磨）硬度≥55HRC時(shí)，制造流程為：攪拌頭外圓粗加工（車/銑/磨）→精加工（車/銑/磨）→熱處理→外圓磨5.2車銑加工車銑加工制作產(chǎn)品外圓、螺紋、內(nèi)孔等精細(xì)尺寸，一般精度為0.01-0.05mm。5.3熱處理熱處理工藝為材料在固態(tài)下，通過加熱、保溫和冷卻的手段，以獲得預(yù)期組織和性能的一種金屬熱加工工藝。在攪拌頭制作中起到提高金屬材料的強(qiáng)度、硬度及一定的韌性。5.4磨床加工磨床工藝一般為攪拌頭制作工藝的最后一步，起到了提高產(chǎn)品美觀度、更高的尺寸精5.5表面涂層加工攪拌頭表面涂層加工區(qū)域可采用局部功能區(qū)域噴涂和整體噴涂兩種；為保證鋼制攪拌頭在涂層加工時(shí)保證熱處理后的硬度，建議采用PVD涂層，并且加工溫度在500℃以內(nèi)。5.6激光打標(biāo)為保證攪拌頭的快速識別，建議在攪拌頭不易磨損及耐腐蝕區(qū)域使用激光打標(biāo)的方式進(jìn)行標(biāo)識。5.7檢測規(guī)范攪拌頭為高精密零件，在制作完成后需要對其關(guān)鍵尺寸進(jìn)行細(xì)致檢測。其外形檢測需使用卡尺、千分尺、三坐標(biāo)、二次元等尺寸測量工具進(jìn)行檢測；其細(xì)微尺寸需使用二次元及輪廓度儀等高精密測量工具進(jìn)行檢測。檢測未注公差的尺寸按照未注公差8的公差標(biāo)準(zhǔn)GB/T1804-2016進(jìn)行檢測，其中功能區(qū)精度為m級，非功能區(qū)尺寸精度為e6攪拌頭包裝、運(yùn)輸及存儲規(guī)范攪拌頭為高精密的焊接耗材，其包裝及運(yùn)輸需要注意其規(guī)范化。6.1包裝要求攪拌頭的包裝應(yīng)注意其在運(yùn)輸顛簸狀態(tài)和腐蝕性環(huán)境下的仍可保持原始的外觀及焊接能力，需要注意以下幾點(diǎn)：6.1.1攪拌頭應(yīng)放置于穩(wěn)定性良好的包裝盒內(nèi)，保證其不會(huì)因顛簸發(fā)生位移；6.1.2包裝材料應(yīng)選取合適硬度、塑性的材料，保證其不會(huì)在意外情況下逸出包裝盒，造成包裝失效；6.1.3攪拌頭功能區(qū)域（攪拌針、軸肩）、裝夾區(qū)域?yàn)橹匾Ｗo(hù)區(qū)域，需使用特殊方式進(jìn)行保護(hù)（如增添保護(hù)泡棉或保護(hù)套等方法6.1.4在濕度較大或腐蝕環(huán)境下，應(yīng)增添防腐手段（增加干燥劑和涂防銹油等6.2運(yùn)輸規(guī)范為保證攪拌頭在運(yùn)輸途中不會(huì)因運(yùn)輸顛簸磕碰、海水腐蝕等因素引起的焊接失效，在運(yùn)輸途中盡量選取顛簸少、耗時(shí)短、低腐蝕性環(huán)境的運(yùn)輸方法。在運(yùn)輸過程中需要標(biāo)注向上、怕濕、小心輕放等標(biāo)志6.3攪拌頭的存儲攪拌頭存儲的位置應(yīng)保持干燥及不易觸碰的位置，并且采取一定的防塵措施。9（資料性）攪拌頭使用方法及安全要求1攪拌頭使用規(guī)范1.1焊前裝配攪拌頭在使用時(shí)需裝配至攪拌摩擦焊專用焊機(jī)、CNC加工中心、龍門銑床等設(shè)備上緊固，緊固方式按照設(shè)備刀柄的要求，保證在主軸高速旋轉(zhuǎn)下不會(huì)出現(xiàn)掉落的現(xiàn)象。使用時(shí)，按照圖紙要求進(jìn)行工藝對刀，并進(jìn)行空走調(diào)試，保證不會(huì)發(fā)生結(jié)構(gòu)干涉。1.2焊接過程焊接時(shí)需持續(xù)觀察攪拌頭運(yùn)轉(zhuǎn)情況。1.3焊后