攪拌摩擦焊(FrictionStirWelding,簡稱FSW)是由英國焊接研究所(TheWeldingInstitute,簡稱TWI)于1991年提出的一種固態(tài)連接方法。此技術(shù)原理簡單、控制參數(shù)少、易于自動化,可將焊接過程中的人為因素降到最低。攪拌摩擦焊工藝參數(shù)主要有攪拌指頭的焊接速度、攪拌指頭的旋轉(zhuǎn)速度以及壓緊力等。這些參數(shù)決定了焊接過程中攪拌指頭周圍產(chǎn)生的熱量,并且直接影響到焊縫的組織和性能。攪拌摩擦焊接技術(shù)與傳統(tǒng)的熔焊相比,擁有許多優(yōu)點,因此具有廣泛的工業(yè)應(yīng)用前景和發(fā)展?jié)摿?。攪拌摩擦焊技術(shù)是世界焊接技術(shù)發(fā)展史上,自發(fā)明到工業(yè)應(yīng)用時間跨度最短和發(fā)展最快的一項固相連接技術(shù),已在航天、航空、車輛、造船、建筑等行業(yè)得到成功的應(yīng)用。
可用攪拌摩擦焊代替熔焊實現(xiàn)輕合金結(jié)構(gòu)的制造,是現(xiàn)代焊接技術(shù)發(fā)展的又一次飛躍,可以說是革命性的進(jìn)步。隨著對攪拌摩擦焊技術(shù)認(rèn)識的提高,預(yù)計在不遠(yuǎn)的將來,鋁合金、鎂合金、鋅合金、鈦合金等輕金屬材料的連接將主要由攪拌摩擦焊來完成,尤其在運載火箭、高速鋁合金列車、鋁合金高速快艇、全鋁合金汽車等項目中將會占到主導(dǎo)地位。
我國在2002年4月成立了中國攪拌摩擦焊中心,標(biāo)志著攪拌摩擦焊在中國的正式開始,是中國焊接技術(shù)發(fā)展史上的里程碑。
點摩擦焊是一種新型線性攪拌摩擦焊工藝技術(shù),具有在同種或異種金屬板材之間形成強(qiáng)接頭的潛力,尤其適合于低熔點軟金屬,例如鋁、鎂合金。目前,點摩擦焊已經(jīng)成功用于鋁合金板材部件的連接,在輕型機(jī)車用鋁合金部件連接方面是一種極具前途的連接方法。
最近,美國福特汽車公司,橡樹奎國家實驗室和美國密執(zhí)根州迪爾伯恩大學(xué)正在研究開發(fā)用于鎂合金部件的連接。在焊接過程中,不斷旋轉(zhuǎn)的模具在壓力下橫穿過連接板的界面,使得板材連接起來,模具旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的熱量(摩擦熱)使得界面和連接區(qū)產(chǎn)生軟化區(qū),這個熱軟化區(qū)材料在探頭附近被迫旋轉(zhuǎn)流動而聚集起來。在探頭收回時對接頭就形成了。對于鋁合金和鎂合金來說攪拌摩擦焊比普通熔焊提高了接頭質(zhì)量。攪拌摩擦焊不需要母材的熔化,接頭強(qiáng)度接近于基材強(qiáng)度,能量輸出相對較低,熱量影響區(qū)域相對較小,焊縫的殘留應(yīng)力可以忽略不計。點摩擦焊和線性摩擦焊的不同是點摩擦焊不能橫向移動,模具到達(dá)預(yù)先設(shè)定的負(fù)載或插入深度后撤離板材,模具旋轉(zhuǎn)引起的摩擦和力產(chǎn)生了熱和變形,熱和變形又產(chǎn)生了攪拌區(qū)。在冷卻到室溫過程中,就在板材界面形成了點焊縫。
眾所周知,鎂合金具有比鐵和鋁更好減輕重量的優(yōu)勢,已經(jīng)受到全球汽車工業(yè)極大的關(guān)注,鎂的密度是鐵的四分之一,是鋁的三分之二,在汽車工業(yè)應(yīng)用的結(jié)構(gòu)材料中密度最小,但具有高比強(qiáng)度,模數(shù)比普通工程塑料和玻璃纖維強(qiáng)聚合物高。目前,從汽車儀表盤框架到發(fā)動機(jī)都在應(yīng)用鎂合金材料,汽車車身和底盤部件也在開始采用這些鎂合金材料,但都存在成形差的問題。同時對于鎂合金部件的連接工藝技術(shù)還不夠重視。
許多鎂合金部件的連接都集中在鑄造鎂合金的熔焊,例如氣體保護(hù)焊、氣體鎢極電子焊、電阻焊、激光焊、電子束焊方面。這些技術(shù)都可以用于鎂合金板連接,但在焊縫中常常容易出現(xiàn)脆性中斷相,導(dǎo)致了強(qiáng)度降低,黏結(jié)和螺栓連接又需要額外工藝步驟,增加裝配成本,并且螺栓連接的鎂合金板為敏感鉚接,也可以應(yīng)用,但很少成功。
點摩擦焊工藝技術(shù)能夠克服上述焊接工藝技術(shù)的不足,因此是具有極大潛力的連接技術(shù),工作溫度在412攝氏度,是一種典型低溫固態(tài)工藝連接技術(shù),具有較長的模具使用壽命,高可靠性和較好的工作環(huán)境等優(yōu)點。