搅拌摩擦焊：提升液冷板性能与可靠性的关键技术

搅拌摩擦焊英文名称FrictionStir Welding，简称FSW，是指利用高速旋转的焊具与工件摩擦产生的热量使被焊材料局部熔化，当焊具沿着焊接界面向前移动时，被塑性化的材料在焊具的转动摩擦力作用下由焊具的前部流向后部，并在焊具的挤压下形成致密的固相焊缝。工业界利用这一过程在航空航天、汽车和造船应用中连接铝、镁和其他金属合金。

搅拌摩擦焊，来源：万宇科技

搅拌摩擦焊工艺特别适用于接合低熔点的有色金属和混合连接。尤其是对铜或铝材质的水冷板的焊接，其优点更为突出。相对传统熔焊，搅拌摩擦焊具有焊接接头质量高能达到焊缝强度与基体材料等强度，焊接效率高、质量稳定、一致性好。搅拌摩擦焊相较传统熔焊很大的不同点在于整个焊接过程中，待焊金属获得能量升高达到的温度并没有达到其熔点，即金属是在热塑性状态下实现的类锻态固相连接。

搅拌摩擦焊，来源：隆源高科

搅拌摩擦焊设备，来源：万宇科技

搅拌摩擦焊通常由以下四个步骤构成：

1、机械能转化为热能

2、材料塑性变形

3、热塑性下的锻压力

4、分子间扩散再结晶

搅拌摩擦焊的焊接原理：在压力作用下以恒定或递增压力以及扭矩的作用下，利用焊接接触端面之间的相对运动在摩擦面及其附近区域产生摩擦热和塑形变形热，使及其附近区域温度上升到接近但一般低于熔点的温度区间，材料的变形抗力降低、塑性提高、界面的氧化膜破碎，在顶锻压力的作用下，伴随材料产生塑性变形及流动，通过界面的分子扩散和再结晶而实现焊接的固态焊接。

搅拌摩擦焊的焊接原理，来源：隆源高科

搅拌摩擦焊可用于连接传统熔焊技术难以连接的材料，例如铝合金、镁合金和其他有色金属。与传统焊接方法相比，搅拌摩擦焊具有多项优势：

• 高质量焊缝：该工艺生产的焊缝具有卓越的机械性能，包括更高的强度和更好的抗疲劳性。这是由于没有熔化和凝固，从而最大限度地减少了气孔和裂纹等缺陷。

• 环保优势：该工艺对环境友好，因为它不需要填充材料、助焊剂或保护气体。这减少了排放和浪费，使其成为传统焊接的绿色替代品。

• 能源效率：由于 FSW 的工作温度比熔焊低，因此是一种节能工艺。这不仅降低了能耗，还最大限度地减少了工件的热变形。

• 多功能性：FSW 可以焊接多种材料，包括铝、镁、铜，甚至某些钢材。它还能焊接异种材料，这对传统焊接技术来说往往是一项挑战。

• 自动化潜力：FSW 工艺非常适合自动化，因此适用于大批量生产环境。自动化 FSW 系统可确保稳定的焊接质量并降低劳动力成本。

搅拌摩擦焊，来源：BOYD

搅拌摩擦焊因其在连接材料方面的多功能性和效率而被用于各个行业。它在航空航天和汽车制造、造船和电子领域的应用中发挥着至关重要的作用。在这些领域中，各行各业利用搅拌摩擦焊来制造冷板、机器部件和组装液体系统。

冷板对于电子热管理系统至关重要，它受益于搅拌摩擦焊产生的均匀和高质量的焊接，确保了高效的散热和耐用的组件。搅拌摩擦焊可以无缝连接机加工部件，即使对于复杂的形状和复杂的设计，也能保持结构完整性和性能。它还用于组装液体系统，如热交换器和冷却液储罐，确保防漏和耐用的接头，这对于在苛刻环境中的可靠运行至关重要。

搅拌摩擦焊水冷板，来源：晶成机械

搅拌摩擦焊是一种多功能且高效的焊接技术，用于各个行业。选择正确的材料对于实现满足不同应用特定要求的高质量焊接至关重要。一些最常用的材料是：

• 铝合金： 使用铝合金，因为它们具有出色的焊接性。这些合金具有良好的强度和耐腐蚀性，是航空航天、汽车和海洋应用的理想选择。

• 镁合金： 选择镁合金是因为它们具有轻质特性和高强度重量比。镁合金的搅拌摩擦焊在汽车和航空航天工业中是有益的，在这些工业中，减轻重量是首要任务。

• 铜合金： 在需要出色导电性和导热性的应用中采用铜合金。这些材料通常用于电子和电力行业。

• 钛合金： 选择钛合金，因为它们的强度高、密度低、耐腐蚀性好。钛的搅拌摩擦焊常用于航空航天、医疗和化学加工行业。

• 钢合金： 使用钢合金，包括不锈钢和高强度低合金钢，以提高其坚固性和耐用性。这些材料在建筑、汽车和造船行业都有应用。

• 镍合金： 当需要耐高温和耐腐蚀时，选择镍合金。搅拌摩擦焊接镍合金在航空航天、化工和发电领域很常见。

• 异种金属： 使用搅拌摩擦焊焊接异种金属，以结合不同材料的最佳性能。该技术在需要强度、重量和耐腐蚀性独特组合的应用中非常有用。

使用搅拌摩擦焊时，考虑几个关键因素对于确保高质量、可靠的焊接至关重要。

• 材料选择：选择有色金属，如铝、镁和铜合金，因为它们通常用于搅拌摩擦焊。材料的熔点、导热性和强度对焊接的可行性和质量有很大影响。

• 联合设计：正确设计接头，以确保成功的搅拌摩擦焊接。接头几何形状、配合公差和夹紧方法会影响焊接的质量和强度。

• 工艺参数：优化转速、移动速度、切入深度和刀具几何形状等参数。这些因素会影响焊缝的温度分布、材料流动和机械性能。

• 工具设计和材料：设计具有适当肩部和销部几何形状、材料成分和涂层的搅拌摩擦焊接工具。这会影响焊接过程的效率和有效性。

• 机器配置：确保搅拌摩擦焊机具有刚性结构， 精确的控制系统， 和控制过程变量的能力.这些方面对于实现一致和高质量的焊接至关重要。

• 焊后处理：根据应用和材料的不同，可能需要进行焊后处理步骤，例如热处理、机械加工或表面处理，以实现焊接部件所需的性能和尺寸。

• 质量控制和检验：实施稳健的质量控制措施，包括过程监控、无损检测和焊后检查技术，以确保搅拌摩擦焊接接头的完整性和可靠性。

• 成本分析：根据应用程序生命周期内的潜在成本节约和生产力提高，评估对设备和工具的初始投资。与传统焊接方法相比，搅拌摩擦焊具有减少变形和提高机械性能等优点。

搅拌摩擦焊，来源：NTK刀具

资料来源：隆源高科、BOYD、万宇科技、晶成机械、圣让集团、NTK刀具等各大公司官网

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阮**	杭州云酷智能科技有限公司	市场经理
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吴**	施耐德电气(中国)有限公司深圳分公司	资深销售工程师
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文**	东莞市硅翔绝缘材料有限公司	总监
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林**	苏州UL美华认证有限公司	客户经理
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张**	广东龙丰精密铜管有限公司	销售经理
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刘**	三丰精密量仪（上海）有限公司	营业担当
尹**	三丰精密量仪（上海）有限公司	营业担当
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液冷技术通过冷却液直接/间接接触热源，核心结构包括：

• 热交换核心  ：冷板（CPU/GPU专用）、CDU（冷量分配单元）；
• 循环网络  ：Manifold分液器、EPDM/PTFE管路、快接头；
• 动力与控制  ：变频循环泵（如飞龙股份电子泵）、智能温控系统。

主流方案中，冷板式兼容现网改造（占存量市场80%），浸没式为超算首选（PUE逼近1.0）。 2025年AI服务器的产值超过4000亿美元，年增45%。随着英伟达从Hopper系列向Blackwell系列转换，整个AI服务器产值提升。预计今年AI服务器的市场占有率会从去年的66%突破到今年的70%以上；另外，液冷散热方案的渗透率也有望从去年的14%提升到今年的30%。 涉及的材料有：铜、铝、复合金属材料、金属焊接材料、不锈钢、氟塑料、橡胶材料、密封材料、特种工程塑料、导热散热材料，热界面材料等 按照部件来分有：冷却塔、管道、CDU 液冷换热单元、CDU 液冷板、接头、歧管、主泵和辅泵、流量控制系统、过滤系统等 系统集成方面有：空调、机柜、传感器、电源、泄漏检测、控制单元等 按照产业链来区分有：互联网企业，云服务器企业，代工企业、各个零部件企业、材料企业等； 欢迎大家加入我们，共绘服务器液冷散热未来！

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