攪拌摩擦點焊

1 引言

隨着全球資源與環境保護問題的日趨嚴峻，運載工具的輕量化設計成為汽車、航空航天等製造領域的

發展方向。一方面採用鋁合金代替傳統的鋼材料，另一方面通過高效的新型工藝技術提高產品的可靠性

並降低產品重量。鋁合金作為運載工具的主要製造材料，其主要連接方式是焊接和鉚接。在歐洲汽車車體

生產中，常用的連接技術是YAG激光焊接方法，在日本車體制造中常用電阻點焊方法，運載火箭貯箱的制

造過程中要大量應用電阻點焊和鉚接技術，而航空飛行器的製造過程更需要廣泛採用鉚接技術。電阻點焊生產效率高、操作靈活性好，但也存在許多侷限性，主要表現在：a．焊接過程需要提供大電流，耗能大；

b．鋁合金表面氧化膜造成電極壽命明顯縮短；C．由於焊接大電流的作用，工件將產生明顯的熱變形，且焊縫中易出現缺陷和焊點質量不穩定，接頭質量差；d．焊接過程中有飛濺，點焊工作環境差。鉚接是鋁合金構件中一種常用的連接技術，但是採用鉚接技術一方面會增加鋁合金構件的重量，另一方面在鉚接過程中會產生大量的噪音，生產環境惡劣，另外，鉚接技術需要在鋁合金構件上預開孔，增加了生產成本。因此，研究開發鋁合金新的點焊連接技術替代傳統的電阻點焊和鉚接技術，對擴大鋁合金在汽車工業的應用，推動汽車輕量化發展以及提高航空、航天運載能力具有十分重要的意義。

FSSW可以形成點焊的搭接接頭，其焊縫外觀與通常應用於鋁合金構件的電阻點焊類似，因而具有很高的應用價值和研究意義。2 攪拌摩擦點焊的基本原理目前， 已公開的資料中報道了兩種不同的FSSW技術。第一種方法是日本Mazda汽車公司於1993年發明的攪拌摩擦點焊 J。這種攪拌摩擦點焊又稱為“帶有退出孔的攪拌摩擦點焊”技術，採用的焊接設備與普通攪拌摩擦焊接設備類似，具體的焊接過程可分為3個階段：a．壓入過程：攪拌頭不斷旋轉，通過施加頂鍛壓

力插入連接工件中，在壓力作用下工件與攪拌頭之間產生摩擦熱，軟化周圍材料，攪拌頭進一步壓入工件；b．連接過程：攪拌頭完全鑲嵌在工件中，保持攪拌頭壓力並使軸肩接觸工件表面，繼續旋轉一定時

間：C．回撤過程：完成連接後攪拌頭從工件退出，在點焊縫中心留下典型的退出凹孔。

第二種方法是德國GKSS研究中心於1999年發明的攪拌摩擦點焊，採用特殊的攪拌頭，通過精確

控制攪拌頭各部件的相對運動，在攪拌頭回撤的同時填充攪拌頭在焊接過程中形成的退出孔，採用該方法

焊接的點焊縫平整，焊點中心沒有凹孔。攪拌摩擦點焊的攪拌頭主要由三部分組成，分別為最內部的探

針、中間層的袖筒以及最外層的夾套。其中，夾套在焊接時固定，不發生旋轉，而中間層的袖筒和最內層

的探針在焊接時既發生旋轉也發生沿軸向的相對運動。