什么是搅拌摩擦焊？
搅拌摩擦焊 （FSW） 是一种固态工艺，它使用非消耗性工具在不熔化材料的情况下连接两个面对的工件。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。
为什么要使用搅拌摩擦焊？
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。与传统焊接相比，这种方法具有多种优点，例如减少变形、提高机械性能和提高疲劳性能。它还可以产生具有最小缺陷的焊缝，并通过不产生烟雾或气体来保持环境友好性，这是其他焊接方法的副产品。
常见的搅拌摩擦焊材料
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，包括 2xxx、5xxx、6xxx 和 7xxx 系列，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。
搅拌摩擦焊工艺
搅拌摩擦焊工艺包含几个关键步骤，这些步骤对于实现坚固可靠的焊接至关重要。首先，将具有特殊设计轮廓的旋转工具插入到要连接的两个工件之间。当工具沿着接合线旋转和移动时，摩擦热会在未达到其熔点的情况下软化材料。软化的材料在工具周围形成一个塑化区，使其能够与相邻材料混合和粘合。
接下来，该工具施加向下的力以锻造塑化材料，从而在工件之间形成固态结合。在整个焊接过程中，刀具以受控的速度和旋转速率沿着接头线移动。焊接完成后，工具将被取出，留下高质量、无缺陷的焊接。
解锁优势：搅拌摩擦焊与传统电弧焊的比较
搅拌摩擦焊可确保接头基本无缺陷，无热裂纹、气孔或凝固裂纹。其较低的工作温度可减少所连接材料的收缩和变形。与传统焊接不同，搅拌摩擦焊消除了铝合金对填充材料、助焊剂或保护气体的需求，不会产生烟雾、飞溅或紫外线辐射，因此更具成本效益和环保性。
利用机床技术，该过程易于自动化，高度可重复，并且需要最少的熟练焊工。它通过实现任何位置的焊接来提供多功能性，并提供出色的机械性能，通常超过竞争工艺，特别是对于铝合金。此外，搅拌摩擦焊被证明具有能源效率，并且能够连接许多“不可焊接”的铝合金，例如 2xxx 和 7xxx 系列的铝合金，在大多数应用中不需要特殊的边缘准备。
搅拌摩擦焊的关键考虑因素
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。
通过考虑这些因素，工程师和制造商可以有效地实施搅拌摩擦焊接工艺，为广泛的应用生产高质量、可靠的焊接。
