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。
在焊接過(guò)程中,攪拌針在旋轉(zhuǎn)的同時(shí)伸入工件的接縫中,旋轉(zhuǎn)攪拌頭(主要是軸肩)與工件之間的摩擦熱,使焊頭前面的材料發(fā)生強(qiáng)烈塑性變形,然后隨著焊頭的移動(dòng),高度塑性變形的材料逐漸沉積在攪拌頭的背后,從而形成攪拌摩擦焊焊縫。攪拌摩擦焊對(duì)設(shè)備的要求并不高,基本的要求是焊頭的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和工件的相對(duì)運(yùn)動(dòng),即使一臺(tái)銑床也可簡(jiǎn)單地達(dá)到小型平板對(duì)接焊的要求。但焊接設(shè)備及夾具的剛性是極端重要的。攪拌頭一般采用工具鋼制成,焊頭的長(zhǎng)度一般比要求焊接的深度稍短。應(yīng)該指出,攪拌摩擦焊縫結(jié)束時(shí)在終端留下個(gè)匙孔。通常這個(gè)匙孔可以切除掉,也可以用其它焊接方法封焊住。針對(duì)匙孔問(wèn)題,已有伸縮式攪拌頭研發(fā)成功,焊后不會(huì)留下焊接匙孔。
攪拌摩擦焊的主要優(yōu)點(diǎn)如下:
(1)焊接接頭熱影響區(qū)顯微組織變化小.殘余應(yīng)力比較低,焊接工件不易變形;
(2)能一次完成較長(zhǎng)焊縫、大截面、不同位置的焊接.接頭高:
(3)操作過(guò)程方便實(shí)現(xiàn)機(jī)械化、自動(dòng)化,設(shè)備簡(jiǎn)單,能耗低,功效高,對(duì)作業(yè)環(huán)境要求低:
(4)無(wú)需添加焊絲,焊鋁合金時(shí)不需焊前除氧化膜,不需要保護(hù)氣體,成本低;
(5)可焊熱裂紋敏感的材料,適合異種材料焊接:
(6)焊接過(guò)程、無(wú)污染、無(wú)煙塵、無(wú)輻射等。
焊接過(guò)程中也不需要其它焊接消耗材料,如焊條、焊絲、焊劑及保護(hù)氣體等。消耗的是焊接攪拌頭。
同時(shí),由于攪拌摩擦焊接時(shí)的溫度相對(duì)較低,因此焊接后結(jié)構(gòu)的殘余應(yīng)力或變形也較熔化焊小得多。特別是Al合金薄板熔化焊接時(shí),結(jié)構(gòu)的平面外變形是非常明顯的,無(wú)論是采用無(wú)變形焊接技術(shù)還是焊后冷、熱校形技術(shù),都是很麻煩的,而且增加了結(jié)構(gòu)的制造成本。