在現(xiàn)代工業(yè)世界競(jìng)爭(zhēng)時(shí)代,結(jié)構(gòu)金屬必須可焊性好。早適合鋁的焊接技術(shù)包括羥基燃料氣焊和電阻焊。鋁弧焊主要局限于SMAW(手工電焊?。?,有時(shí)叫MMA。這一焊接工藝使用管狀焊條。很快發(fā)現(xiàn),這一工藝并不適于焊接鋁。主要問(wèn)題之一就是焊劑殘留引起的腐蝕,尤其是在填充焊縫里,焊劑留在焊縫后,促進(jìn)了焊縫的腐蝕。
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。
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。
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。