欣兴鸿搅拌摩擦焊：神奇的焊接工艺
发布时间：2024-07-25浏览次数：30
搅拌摩擦焊的方法与常规摩擦焊相似，均是以摩擦热与塑性变形热作为焊接热源。但二者的不同在于，搅拌摩擦焊在焊接过程中，是由一个圆柱体或其他形状（如带螺纹圆柱体）的搅拌针伸入工件的接缝处，通过焊头的高速旋转，使其与焊接工件材料相互摩擦，从而使连接部位的材料温度升高并软化。同时，通过对材料进行搅拌摩擦来完成焊接。
在焊接时，工件要刚性固定在背垫上，焊头一边高速旋转，一边沿工件的接缝与工件相对移动。焊头的突出段伸进材料内部进行摩擦和搅拌，焊头的肩部与工件表面摩擦生热，并能防止塑性状态材料的溢出，还可以清除表面的氧化膜。
在焊接过程中，搅拌针在旋转的同时伸入工件的接缝中，旋转搅拌头（主要是轴肩）与工件之间的摩擦热，会使焊头前面的材料发生强烈塑性变形，随后随着焊头的移动，高度塑性变形的材料逐渐沉积在搅拌头的背后，进而形成搅拌摩擦焊焊缝。
搅拌摩擦焊对设备的要求不算高，最基本的要求是焊头的旋转运动和工件的相对运动，哪怕一台铣床也能简单地满足小型平板对接焊的需求。然而，焊接设备及夹具的刚性至关重要。搅拌头通常采用工具钢制成，其长度一般比要求焊接的深度稍短。需要指出的是，搅拌摩擦焊缝结束时在终端会留下个匙孔。通常这个匙孔可以切除，也能用其他焊接方法封焊。针对匙孔问题，已有伸缩式搅拌头研发成功，焊接后不会留下焊接匙孔。
关于在搅拌摩擦过程中界面原子的运动，目前仍处于研究阶段。
搅拌摩擦焊具有众多特点：
焊接过程无需其他焊接消耗材料，如焊条、焊丝、焊剂及保护气体等，唯一消耗的是焊接搅拌头。
同时，由于搅拌摩擦焊接时的温度相对较低，所以焊接后结构的残余应力或变形比熔化焊小得多。特别是铝合金薄板熔化焊接时，结构的平面外变形十分明显，不管是采用无变形焊接技术还是焊后冷、热校形技术，都极为麻烦，还会增加结构的制造成本。
搅拌摩擦焊主要用于熔化温度较低的有色金属，如铝、铜等合金。这与搅拌头的材料选择及搅拌头的工作寿命有关，当然也和有色金属熔化焊接相对困难有关，这促使人们在有色金属焊接时寻求非熔化的焊接方法。对于延性好、容易发生塑性变形的黑色材料，经辅助加热或利用其超塑性，也有实现搅拌摩擦焊的可能，但这需要根据熔化焊和搅拌摩擦焊哪个技术经济指标更合理来决定。
搅拌摩擦焊在有色金属的连接中已取得成功应用，但受焊接方法特点的限制，目前仅限于结构简单的构件，如平直的结构或圆筒形结构的焊接，而且在焊接过程中工件要有良好的支撑或衬垫。原则上，搅拌摩擦焊能进行多种位置焊接，如平焊、立焊、仰焊和俯焊；可完成多种形式的焊接接头，如对接、角接和搭接接头，甚至厚度变化的结构和多层材料的连接，也能进行异种金属材料的焊接。
另外，搅拌摩擦焊作为一种固相焊接方法，焊接前及焊接过程中对环境的污染小。焊前工件无需严格的表面清理准备，焊接过程中的摩擦和搅拌能够去除焊件表面的氧化膜，焊接过程中也无烟尘和飞溅，同时噪声低。由于搅拌摩擦焊仅仅依靠焊头旋转并移动，逐步实现整条焊缝的焊接，所以比熔化焊甚至常规摩擦焊更节能。
由于搅拌摩擦焊过程中热输入相对于熔焊过程较小，接头部位不存在金属的熔化，是一种固态焊接过程，在合金中能保持母材的冶金性能，可以焊接金属基复合材料、快速凝固材料等采用熔焊会有不良反应的材料。其主要优点如下：
（1）焊接接头热影响区显微组织变化小，残余应力低，焊接工件不易变形；
（2）能一次完成较长焊缝、大截面、不同位置的焊接，接头质量高；
（3）操作过程便于实现机械化、自动化，设备简单，能耗低，效率高，对作业环境要求低；
（4）无需添加焊丝，焊铝合金时不需焊前除氧化膜，不需要保护气体，成本低；
（5）可焊热裂纹敏感的材料，适合异种材料焊接；
（6）焊接过程安全、无污染、无烟尘、无辐射等。
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