搅拌摩擦焊接与处理

本书依据工程领域技术瓶颈和科学领域关键问题，从搅拌摩擦焊基本原理与特征出发，涵盖了搅拌摩擦焊固有模式和发展趋势介绍，涉及内容包括搅拌摩擦点焊技术、搅拌摩擦处理与改性技术、搅拌摩擦成形技术、异种金属搅拌摩擦焊技术、热塑性聚合物基复合材料搅拌摩擦焊技术以及搅拌摩擦焊模拟仿真技术；并对当前发展的主流方向机器人搅拌摩擦焊现状及应用趋势做了总结和展望。本书着眼于工程和科学中亟待解决的问题，并给出可行的解决方案。本书可供具有一定基础的搅拌摩擦焊接与处理相关从业人士以及对其感兴趣的读者阅读，有望为航空航天、轨道交通、电子电力、新能源汽车和5G通信等领域人员解决工程难题提供新思路，并有助于其了解科学前沿发展趋势。

第1章绪论1
1.1概述1
1.2搅拌摩擦焊的由来与发展1
1.3搅拌摩擦焊工艺简介3
1.4焊具与设备4
1.5接头形貌与焊接缺陷5
1.6搅拌摩擦焊技术创新6
1.7本章小结6
参考文献7
第2章搅拌摩擦焊基本原理与特征8
2.1概述8
2.2搅拌摩擦焊基本原理8
2.3搅拌摩擦焊技术特征9
2.3.1FSW热-力耦合特征9
2.3.2FSW技术优缺点10
2.4搅拌摩擦焊接头特征13
2.5搅拌摩擦焊工艺参数15
2.6搅拌摩擦焊焊具设计19
2.7本章小结21
参考文献22
第3章搅拌摩擦焊固有模式和发展趋势23
3.1概述23
3.2自持式搅拌摩擦焊23
3.2.1双轴肩搅拌摩擦焊23
3.2.2自支撑搅拌摩擦焊31
3.3静止轴肩搅拌摩擦焊41
3.3.1静止轴肩搅拌摩擦焊原理41
3.3.2静止轴肩搅拌摩擦焊发展及应用41
3.3.3接头组织43
3.3.4接头力学性能45
3.4无减薄搅拌摩擦焊46
3.4.1焊前增材/减材技术46
3.4.2内外双轴肩技术47
3.4.3大内凹焊具技术54
3.5匙孔及缺陷修补技术55
3.5.1摩擦塞补焊55
3.5.2填充式搅拌摩擦焊57
3.5.3TIG预填丝搅拌摩擦处理匙孔修复技术61
3.6耗材搅拌摩擦焊62
3.6.1静止轴肩搅拌摩擦增材制造62
3.6.2填丝搅拌摩擦焊66
3.7本章小结70
参考文献70
第4章搅拌摩擦点焊技术基本特征及发展概述71
4.1概述71
4.2搅拌摩擦点焊原理及发展71
4.2.1传统搅拌摩擦点焊原理71
4.2.2搅拌摩擦点焊技术发展与应用72
4.3搅拌摩擦点焊接头特征及性能73
4.3.1搅拌摩擦点焊组织特征74
4.3.2搅拌摩擦点焊缺陷特征75
4.3.3搅拌摩擦点焊接头力学性能75
4.4无匙孔搅拌摩擦点焊76
4.4.1伸缩式焊具搅拌摩擦焊76
4.4.2锥形无轴肩搅拌摩擦焊77
4.4.3回填式搅拌摩擦点焊77
4.5本章小结82
参考文献82
第5章搅拌摩擦处理与改性技术83
5.1概述83
5.2材料制备84
5.2.1基本过程与方法85
5.2.2金属基复合材料87
5.2.3非金属基复合材料92
5.3表面改性93
5.3.1金属材料表面改性93
5.3.2聚合物表面改性96
5.4材料超塑性97
5.4.1超塑性本构模型98
5.4.2FSP实现材料超塑性99
5.4.3高应变速率超塑性99
5.4.4低温超塑性100
5.5缺陷修复101
5.5.1面积型缺陷修复101
5.5.2体积型缺陷修复102
5.6本章小结105
参考文献105
第6章搅拌摩擦成形原理与发展107
6.1概述107
6.2快速成形107
6.2.1面临的挑战107
6.2.2工艺描述109
6.2.3成形、组织及力学性能110
6.2.4应用前景114
6.3隧道成形115
6.3.1面临的挑战115
6.3.2工艺描述115
6.3.3成形、组织及力学性能116
6.4微成形119
6.4.1工艺描述120
6.4.2成形、组织及力学性能121
6.4.3应用前景123
6.5本章小结124
参考文献125
第7章异种金属搅拌摩擦焊126
7.1概述126
7.2铝/钢异种金属搅拌摩擦焊126
7.2.1应用背景及难点126
7.2.2焊具材料选择与结构设计127
7.2.3工艺与承载性能129
7.2.4焊缝成形与微观组织130
7.2.5界面冶金结合特征132
7.2.6外源辅助搅拌摩擦焊133
7.3铝/钛异种金属搅拌摩擦焊135
7.3.1应用背景及难点135
7.3.2连接方式设计135
7.3.3焊缝成形与微观组织135
7.3.4工艺窗口与力学性能138
7.4铝/铜异种金属搅拌摩擦焊140
7.4.1应用背景及难点140
7.4.2接头设计及工艺参数141
7.4.3焊缝成形与微观组织142
7.4.4金属间化合物的形成与控制147
7.5铝/镁异种金属搅拌摩擦焊149
7.5.1应用背景及难点149
7.5.2连接方式设计150
7.5.3焊缝成形与微观组织151
7.5.4接头连接机制153
7.5.5金属间化合物的形成与控制156
7.6本章小结160
参考文献161
第8章热塑性聚合物基复合材料搅拌摩擦焊162
8.1概述162
8.2热塑性复合材料FSW工艺163
8.2.1焊接工艺163
8.2.2材料流动行为165
8.2.3力学性能166
8.2.4焊接缺陷168
8.2.5聚合物搅拌摩擦焊新方法170
8.3金属与热塑性复合材料FSW175
8.3.1机械咬合175
8.3.2表面预处理与黏结机制176
8.3.3金属与聚合物FSW的178
8.3.4金属与聚合物无匙孔搅拌摩擦点焊178
8.4本章小结179
参考文献180
第9章搅拌摩擦焊模拟仿真技术182
9.1概述182
9.2搅拌摩擦焊数值仿真基本理论182
9.2.1传热分析182
9.2.2应力应变185
9.2.3材料流动185
9.2.4微观组织186
9.3搅拌摩擦焊温度及流场分析188
9.3.1温度场分析188
9.3.2流场分析189
9.3.3缺陷分析191
9.4搅拌摩擦焊应力及变形分析194
9.4.1残余应力分析194
9.4.2变形分析197
9.5微观组织演变分析199
9.6本章小结201
参考文献201
第10章机器人搅拌摩擦焊202
10.1概述202
10.2机器人搅拌摩擦焊发展史202
10.3机器人搅拌摩擦焊技术特征206
10.4机器人搅拌摩擦焊系统组成与结构211
10.5机器人搅拌摩擦焊应用216
10.6本章小结218
参考文献218