材料加工新工艺新方法

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解决高强铝合金焊接难新途径—— 搅拌摩擦焊
摩擦焊新技术—— 搅拌摩擦焊
搅拌摩擦焊（FSW）是连接铝合金材料的一种优良方法。是一种新型焊接技术。由英国焊接研究所（TWI）在上世纪90年代初发明的一种塑性固态连接方法。近年来在低熔点金属材料的焊接研究中得到高度重视。与传统熔焊方法相比较，搅拌摩擦焊具有无烟尘、无气孔、无飞溅、无需添加焊丝、焊接时不需使用保护气体、焊后接头焊缝晶粒细小、残余应力小以及变形小等优点。
目前，爱迪生焊接研究所与TWI密切合作，致力于FSW的工艺研究。由于搅拌摩擦焊拥有诸多独特的优点，英国焊接研究所的Nicholas认为，搅拌摩擦焊工艺是自激光焊接问世以来最引人注目的焊接方法。
搅拌摩擦焊的工艺过程如图1所示。它是利用一种带有特型焊针和轴肩的特殊形状搅拌头对工件进行搅拌摩擦，旋转着插入被焊工件，然后沿着焊缝运动，通过焊针搅拌过程产生的热量和轴肩与材料摩擦产生的热量使接缝处材料达到塑性变形状态，经过轴肩挤压顶锻作用形成焊接接头。整个焊接过程由于材料未达到熔化状态，从而大大降低或避免了熔焊时候容易出现的焊接变形、残余应力、气孔、裂纹等缺陷。但是，由于材料是在摩擦和压力作用下发生塑性变形而连接到一起，接头仍然存在组织软化区。
搅拌摩擦焊具有以下优点：
1.不需要填丝、焊条、焊剂、钎料、保护气（对于铝镁等合金）；不需填加金属；也不需消耗电极；节能、节材、低耗。所需功率仅为传统焊接工艺的1/5--1/15。
2. 焊接前后处理简单，焊前准备少，允许有薄的氧化膜；对于批量生产，不需要进行打磨、刮擦之类的表面处理。
3.采用非耗材的摩擦头，焊接温度低，残余应力小。
4.固相接头为缎造组织，因此焊缝出现气孔、偏析和夹杂、裂纹等铸造组织的结晶缺陷的可能小，具有优良的力学性能，并且其组织由于塑性流变而细化，接头机械性能好。
5.焊接变形小，焊后无余高，调整返修频率低。
6.焊接过程机械化程度高，焊接过程由机器控制，参数设定后容易监控，重复性好，不依赖于操作人员的技术水平和工作态度，生产成本低，可以进行全方位焊接；适应性好，频率高。
7.焊接过程无烟尘、辐射、飞溅、噪音及弧光等有害物质产生，焊接过程中无有害物质产生，利于环保。
目前搅拌摩擦焊能够实现的接头形式包括:
1.同种材料或异种材料的对接
2.同种材料或异种材料的搭接
3.非线性焊缝的对接
4.管道的环形对接
5.角接
6.环形搭接
7. T形接头
8.管道间的法兰类似L型接头