搅拌摩擦焊技术综述: 一种开创性的金属连接技术

搅拌摩擦焊 (FSW) 已成为焊接领域的突破，与传统的熔焊方法相比具有许多优势。这种固态焊接技术使用旋转工具来连接金属，而不会达到其熔点，从而实现卓越的焊接质量。在本文中，我们将探讨FSW的基本原理，特征，优点，缺点和工业应用，突出其在各个制造领域中日益增长的重要性。

了解搅拌摩擦焊的基本原理

搅拌摩擦焊是一种固态连接工艺，采用专门设计的旋转工具 (也称为搅拌器) 来产生摩擦热。旋转工具在与工件接触时产生强烈的热量。这种热量使材料软化，使其达到接近熔融的固态，并使金属塑性流动，在工具沿焊接路径移动时形成坚固的接头。工具施加的压力进一步巩固了接头，使工件无缝焊接。

FSW对于接合难以使用常规熔合技术焊接的材料 (例如铝合金、铜合金和镁合金) 特别有用。它还克服了传统焊接工艺的局限性，能够焊接具有复杂几何形状的零件，包括对接接头、搭接接头和拐角接头。该工艺消除了常见的焊接缺陷，例如气孔，裂纹和合金元素烧掉，从而导致接头的机械性能通常超过基材的机械性能。

搅拌摩擦焊的主要特点

优良的焊接质量

摩擦搅拌焊接产生高度可靠且没有典型熔焊缺陷 (例如裂纹、孔隙和夹杂物) 的接头。由于FSW是固态焊接工艺，因此避免了与传统焊接的凝固阶段相关的冶金问题，例如脆化或合金元素损失。这导致焊缝与基材的性质非常相似，从而提供优异的机械性能。

焊接材料的多功能性

FSW是焊接各种有色金属的理想选择，包括铝，铜，钛，镁和锌合金。它还能够焊接不同的材料，这在需要连接具有不同特性的材料的行业中特别有利。此外，FSW可应用于钢铁等黑色金属，在材料兼容性方面提供了很大的通用性。

无需填充材料或保护气体

FSW的主要优点之一是它不需要填充材料，保护气体或焊接前的表面预处理。这降低了工艺的复杂性和成本，使其与传统的熔焊相比更有效。由于不需要焊条或气体，因此该工艺还消除了外部材料污染的风险。

高精度和最小变形

由于FSW是固相工艺，因此它将最少的热量引入工件，从而减少了热变形并减少了焊接后的残余应力。这允许具有紧密尺寸公差的精确焊接。此外，FSW的高能量密度和快速热输入确保焊接变形最小，使其成为需要高精度的应用的理想选择。

环境友好

由于其环境效益，搅拌摩擦焊通常被称为 “绿色焊接方法”。与产生有害电弧辐射，烟雾和飞溅的传统焊接工艺不同，FSW运行时噪音低，排放为零。这使其成为可持续发展的选择，尤其是在专注于减少环境影响的行业中。

搅拌摩擦焊的优点

提高焊接质量:FSW生产的接头没有常见缺陷，如裂纹，夹杂物和空隙，确保更高的可靠性和性能。
广泛的材料兼容性:FSW可用于各种材料，包括铝，镁，铜，钢和钛，使其适用于不同行业的众多应用。
减少热影响区 (HAZ):与熔焊相比，该工艺产生的热量更少，从而降低了变形的风险并保留了接头周围的材料特性。
成本效益:FSW消除了对填充材料、保护气体和昂贵的表面处理的需要，从而降低了运营成本。
环保:与其他焊接技术相比，该工艺产生的废物最少，没有有毒烟雾，并且能耗较低。

搅拌摩擦焊的缺点

虽然FSW提供了许多好处，但它确实有一些限制:

高机械力:该过程需要相当大的机械力来旋转工具并使其沿着工件移动，这要求焊接设备具有高水平的刚性。
有限的灵活性:FSW比传统的电弧焊接不灵活，因为它需要工件在过程中精确对准和固定。
刀具磨损:在FSW中使用的工具经历显著的磨损，特别是当使用硬材料时，导致需要定期的工具维护或更换。
钥匙孔形成:在焊缝结束时，可能会形成一个小的 “钥匙孔”，这会影响接头的最终外观。

搅拌摩擦焊的应用

FSW已在多个行业中广泛使用，特别是在需要高质量，耐用的焊接的地方。以下是搅拌摩擦焊的一些关键工业应用:

航空航天工业

FSW广泛用于飞机制造，以连接铝合金，镁合金和其他轻质材料。它能够产生高强度，可靠的接头，使其成为飞机框架，机翼和机身部件等关键应用的理想选择。

汽车工业

在汽车领域，FSW用于连接车身框架、发动机部件和底盘部件中的轻质材料。该方法在电动车辆制造中特别有益，其中轻质但耐用的结构是必不可少的。

火车和轨道车制造

铁路行业受益于FSW在制造高速列车、地铁和电车方面的优势。它特别适用于焊接火车车厢和集装箱中的大型重型铝部件。

造船

在造船中，FSW用于焊接船体，甲板和其他结构的铝和其他有色金属，提供坚固的接头，可以承受恶劣的海洋环境。

电子工业

FSW还应用于电子行业，以连接用于电连接器，发动机外壳和电气包装的材料。其精度和质量使其成为制造复杂电子元件的理想选择。

其他工业应用

除了这些主要领域，FSW还用于各种其他应用，包括厨房电器、冰箱、液化石油气储罐和铝的制造。桥梁。该方法还用于生产热交换器和装饰板。

电机外壳的EMP FSW工艺

焊接前的水道准备

焊接前插入铝块以密封孔

执行搅拌摩擦焊 (FSW) 工艺

铝块在FSW工艺后成功连接到壳体

FSW技术可应用于各种铝合金，包括纯铝，6061和6063等合金，以及ADC12，A380和a356等压铸铝合金。

结论: 搅拌摩擦焊的未来

搅拌摩擦焊有望在各个行业中持续增长和创新。它能够提供高质量，环保且具有成本效益的焊接解决方案，使其成为全球制造商的首选。随着技术的成熟，我们可以期待看到更广泛的应用，特别是在航空航天、汽车和电子等高精度行业。

在像中国这样的国家，FSW技术仍处于发展的早期阶段，但由于其在焊接质量，成本效益和环境可持续性方面的优势而迅速获得吸引力。搅拌摩擦焊的未来是光明的，它很可能在现代制造工艺的演变中发挥关键作用。