搅拌摩擦焊技术：创新与应用的突破
发布时间：2024-07-01浏览次数：19
在 1991 年，英国焊接研究所（The Welding Institute，TWI）的工程师 Wayne Thomas 成功发明了搅拌摩擦焊技术，这一新型固相连接与加工技术于当年 12 月在英国获得了首个专利。该技术在诞生之初，曾被视为仅存在于实验室的创新之举，但它很快便在铝及铝合金产品的焊接领域崭露头角，彰显出极为显著的优势，从而为焊接领域开辟了全新的天地。
传统上被认为不具备可焊接性的 2 系列和 7 系列铝合金，如今借助搅拌摩擦焊技术，能够实现高效且高质量的连接。在搅拌摩擦焊的整个过程中，无需使用焊丝、保护气等耗材。厚度在 0.5 至 100mm 之间的铝合金板材，可通过单面焊实现完全穿透，且焊缝内部不会产生气孔。目前，铝、铜、镁、铅、锌及其合金都已成功运用搅拌摩擦焊技术完成连接，正因如此，搅拌摩擦焊被誉为近三十年来材料连接领域的重大发明。
搅拌摩擦焊作为一种固相连接方法，具有诸多优点。其焊接过程简便、效率颇高、不会造成环境污染，接头成型质量优良，残余应力与变形较小，并且易于实现机械化和自动化。现阶段，该技术已在航空航天船舶、汽车、化工及电子等众多工业领域得到广泛应用。搅拌摩擦焊适用于板材、型材和圆筒等构件的焊接，除了最为常用的对接接头外，搭接、T 形、角接等接头形式也经过了广泛研究，并在不等厚材料及多层材料的焊接中得以应用。
异种材料连接结构具备两种材料的优异性能，能够满足不同工作条件对材料的特定要求。搅拌摩擦焊具有热输入量低、高温停留时间短、焊接变形小等一系列特性，这对于解决异种材料因性能差异而导致的连接难题具有一定优势，因此已成为异种材料焊接的热门研究课题。
搅拌摩擦焊过程具有强热机耦合、大塑性变形的特点，其中存在着剧烈的材料剪切和流动作用以及温度变化过程。许多物理过程和机制通过试验手段难以进行直观的观察与研究。而数值模拟的方法不仅能够降低成本，还可以对整个焊接过程进行动态观测，对实际生产过程具有重要的参考价值，已成为研究搅拌摩擦焊流动过程及参数优化的关键手段。
传统的搅拌摩擦焊设备主体结构与数控机床颇为相似。然而，随着现代工业对生产自动化和设备智能化的要求不断提高，生产单位开始将工业机器人系统与先进的搅拌摩擦焊装备进行集成。机器人搅拌摩擦焊不仅能够提升自动化生产线的生产效率，还可以使搅拌摩擦焊适用于复杂结构的焊接，成为该技术的热门发展方向。
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