1991年攪拌摩擦焊技術由英國焊接研究所(The Welding Institute, TWI)發明,作為一種固相連接手段,它克服了以往熔焊的諸如氣孔、裂紋、變形等缺點,更使得以往通過傳統熔焊手段無法實現焊接的材料可以采用FSW實現焊接,被譽為“繼激光焊后又一革命性的焊接技術”。
FSW主要由攪拌頭的摩擦熱和機械擠壓的聯合作用下形成接頭,其主要原理和特點如下:
圖1 攪拌摩擦焊示意圖
焊接時,欲搭接或者對接的工件相對放置在墊板上,為了防止在施焊時工件被攪拌頭推開,應加以約束。施焊工具主要是攪拌頭。焊接時旋轉的攪拌頭緩緩進入焊縫,在與工件表面接觸時通過摩擦生熱使得該處金屬軟化,在頂壓力的作用下,指棒進入到工件內部,在高速旋轉下使得攪拌頭周圍的一層金屬塑性化。同時,在肩軸端面的包攏下攪拌頭沿焊接方向移動形成焊縫。焊縫的深度由指棒的插入深度決定。在焊接過程中主要的產熱體是指棒和軸肩。在焊接薄板時,軸肩和工件的摩擦是主要的熱量來源。
作為一種固相連接手段,攪拌摩擦焊除了可以焊接用普通熔焊方法難以焊接的材料外(例如可以實現用熔焊難以保證質量的裂紋敏感性強的7000、2000系列鋁合金的高質量連接),FSW還具有以下優點:
溫度低,所以變形?。词故情L焊縫也是如此);
接頭機械性能好(包括疲勞、拉伸、彎曲),不產生類似熔焊接頭的鑄造組織缺陷,并且其組織由于塑性流動而細化。
與其它焊接方法相比,焊接變形小,調整、返修頻率低,某航空發動機FSW的缺陷發生率低,傳統熔焊時每焊接8.4m,產生一個缺陷,而FSW時在焊接長度為76.2m時,才僅出現一個缺陷。由此可以使成本降低60%。
焊前及焊后處理簡單,焊接過程中的摩擦和攪拌可以有效去除焊件表面氧化膜及附著雜質。而且焊接過程中不需要保護氣體、焊條及焊料。
能夠進行全位置的焊接;
適應性好,效率高;
操作簡單;
焊接過程中無煙塵、輻射、飛濺、噪音及弧光等有害物質產生,是一種環保型工藝方法。
尤其值得指出的是,攪拌摩擦焊所具有適合于自動化和機器人操作的優點,諸如:不需要填絲、保護氣(對于鋁合金)、可以允許有薄的氧化膜、對于批量生產,不需要進行打磨、刮擦之類的表面處理非損耗的工具頭、一個典型的工具頭就可以用來焊接6000系列的鋁合金達1000米等。