攪拌摩擦焊技術(shù)是英國(guó)焊接研究所(The Welding Institute,簡(jiǎn)稱 TWI)于1991年發(fā)明的,并于次年在英國(guó)申請(qǐng)了發(fā)明專利,同時(shí)陸續(xù)在世界各國(guó)申請(qǐng)了專利保護(hù)。得到專利保護(hù)并公開(kāi)以來(lái),攪拌摩擦焊技術(shù)首先并主要在鋁合金、鎂合金等輕金屬結(jié)構(gòu)領(lǐng)域得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用,同時(shí)在高熔點(diǎn)材料領(lǐng)域也獲得了一定發(fā)展。
攪拌摩擦焊除了具有普通摩擦焊技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)外,還可以進(jìn)行多種接頭形式和不同焊接位置的連接。挪威已建立了世界上個(gè)攪拌摩擦焊商業(yè)設(shè)備,可焊接厚3—15mm、尺寸6×16的Al船板;1998年美國(guó)波音公司的空間和防御實(shí)驗(yàn)室引進(jìn)了攪拌摩擦焊技術(shù),用于焊接某些火箭部件;麥道公司也把這種技術(shù)用于制造Delta運(yùn)載火箭的推進(jìn)劑貯箱。
攪拌摩擦焊方法與常規(guī)摩擦焊一樣。攪拌摩擦焊也是利用摩擦熱與塑性變形熱作為焊接熱源。不同之處在于攪拌摩擦焊焊接過(guò)程是由一個(gè)圓柱體或其他形狀(如帶螺紋圓柱體)的攪拌針(welding pin)伸入工件的接縫處,通過(guò)焊頭的高速旋轉(zhuǎn),使其與焊接工件材料摩擦,從而使連接部位的材料溫度升高軟化。同時(shí)對(duì)材料進(jìn)行攪拌摩擦來(lái)完成焊接的。焊接過(guò)程如圖《攪拌摩擦焊示意圖》所示。在焊接過(guò)程中工件要?jiǎng)傂怨潭ㄔ诒硥|上,焊頭邊高速旋轉(zhuǎn),邊沿工件的接縫與工件相對(duì)移動(dòng)。焊頭的突出段伸進(jìn)材料內(nèi)部進(jìn)行摩擦和攪拌,焊頭的肩部與工件表面摩擦生熱,并用于防止塑性狀態(tài)材料的溢出,同時(shí)可以起到清除表面氧化膜的作用。
攪拌摩擦焊主要是用在熔化溫度較低的有色金屬,如Al、cu等合金。這和攪拌頭的材料選擇及攪拌頭的工作壽命有關(guān)。當(dāng)然,這也和有色金屬熔化焊接相對(duì)困難有關(guān),迫使人們?cè)谟猩饘俸附訒r(shí)尋找非熔化的焊接方法。對(duì)于延性好、容易發(fā)生塑性變形的黑色材料,經(jīng)輔助加熱或利用其超塑性,也有可能實(shí)現(xiàn)攪拌摩擦焊,但這就要看熔化焊和攪拌摩擦焊哪個(gè)技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)更合理來(lái)決定。