钢复合热源搅拌摩擦焊接工艺研究(6)
（6）结合焊接过程及以上分析结果提出改进措施。
1.6.3 课题研究的关键技术
采用搅拌摩擦焊焊接钢主要存在两方面的问题。一方面由于搅拌摩擦焊焊接的热源主要是搅拌头与焊材之间的摩擦而产生的摩擦热，所以在焊接钢时会由于热输入的不足而使得钢很难达到塑性状态而造成焊接缺陷的产生；另一方面 由于钢的强度高、熔点高，对搅拌头的要求也高，搅拌头需要很高耐高温磨损性能，普通搅拌头在钢塑性变形的高强度摩擦下出现快速损耗，几乎不能实现有效可靠的焊接。
1.7 拟采取的试验方案及其可行性分析
1.7.1 拟采取的试验方案
本实验所用搅拌摩擦焊设备，是通过改进现有立式铣床并利用自制搅拌头进行焊接试验。实验过程中，我们着重于两个方面的改造：一方面是改用陶瓷制作的搅拌头；另一方面是实现搅拌摩擦焊与电弧加热的复合。
基于以上，实验总体思路流程如下：
1.7.2 试验方案的可行性分析
在对钢进行复合热源搅拌摩擦焊过程中，复合热源的加入不仅可以增大焊接热输入，而且可以提高钢的塑性、降低钢的强度，使钢在搅拌摩擦焊过程中可以达到理想的塑性状态，得到质量很好的焊缝；同时，焊接过程中将普通的合金钢改成陶瓷制作的搅拌头后，由于搅拌头的耐高温性、耐磨损性的提高，可以提高焊接过程中的摩擦热，同时降低搅拌头的变形，更有利于钢搅拌摩擦焊焊缝的成型。
Kou，S.[21]等人对搅拌摩擦焊进行TIG电弧复合对高硬度材料及异种材料进行焊接，其获得的搅拌头性能良好，且通过电弧预热很好的降低了搅拌头的磨损程度。可见，用TIG电弧复合搅拌摩擦焊对钢进行焊接具有可行性。
2 试验方法与设备
2.1 焊接方法与材料
搅拌摩擦焊接技术是一种新型的固相连接技术，其主要的应用范围还局限在铝及铝合金的焊接。但另一方面，由于搅拌摩擦焊焊接铝及其合金时存在低成本、高效率、无污染、安全性高等优点，使得搅拌摩擦焊焊接其他材料一直成为研究热点。
钢是工业领域中必不可少的材料之一。由于钢具有熔点高（1515℃）、硬度高、强度高等性能，所以为了获得较好的钢的搅拌摩擦焊接接头，一方面要在焊接过程中增加更多的热输入使焊材能够达到理想的塑性流动状态；另一方面搅拌头在高温条件下能够具有良好的耐高温性和耐磨性。虽然钢的搅拌摩擦焊存在这两点关键性问题，但是由于钢的搅拌摩擦焊是在低于熔点的状态下进行的焊接，所以所形成的焊缝组织晶粒较小、宏观上几乎不存在焊接变形问题，同时也能很好的消除氢脆现象。因此，钢的搅拌摩擦焊有着广泛的应用前景，存在一定的研究价值。所以，本研究课题选择搅拌摩擦焊为实验的焊接方法。
本实验所采用的焊材为A3（Q235）钢，尺寸：100×40×4mm 。实验材料的化学成分及机械性能如表1.1所示。
表1.1 Q235的化学成分和力学性能
化学成分（w(%)） C Mn Si S P
0.14~0.22 0.3~0.65 0.30 0.050 0.045
力学性能（Mpa） Rm Re
375~480 235
2.2 焊接设备
2.2.1 复合热源的选择
就目前的研究而言，搅拌摩擦焊的复合热源主要有电阻热、电弧、感应热、激光、等离子弧等。