鋁合金的攪拌摩擦焊接

攪拌摩擦焊FSW是由英國焊接研究所TWI  1991 年提出的新的固態(tài)塑性連接工藝。圖1為攪拌摩擦焊接示意圖[3 ] 。其工作原理是用一種特殊形式的攪拌頭插入工件待焊部位,通過(guò)攪拌頭高速旋轉與工件間的攪拌摩擦,摩擦產(chǎn)生熱使該部位金屬處于熱塑性狀態(tài),并在攪拌頭的壓力作用下從其前端向后部塑性流動(dòng),從而使焊件壓焊在一起。圖2 為攪拌摩擦焊接過(guò)程[4 ] 。由于攪拌摩擦焊過(guò)程中不存在金屬的熔化,是一種固態(tài)連接過(guò)程,故焊接時(shí)不存在熔焊的各種缺陷,可以焊接用熔焊方法難以焊接的有色金屬材料,如鋁及高強鋁合金、銅合金、鈦合金以及異種材料、復合材料焊接等。目前攪拌摩擦焊在鋁合金的焊接方面研究應用較多。已經(jīng)成功地進(jìn)行了攪拌摩擦焊接的鋁合金包括2000 系列(Al- Cu) 、5000 系列(Al - Mg) 、6000 系列(Al - Mg - Si) 、7000 系列(Al - Zn) 、8000 系列(Al - Li) 等。國外已經(jīng).進(jìn)入工業(yè)化生產(chǎn)階段,在挪威已經(jīng)應用此技術(shù)焊接快艇上長(cháng)為20 m 的結構件,美國洛克希德·馬丁航空航天公司用該項技術(shù)焊接了鋁合金儲存液氧的低溫容器火箭結構件。

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由于鋁材表面覆蓋有一層氧化鋁，導致鋁焊應用極為困難。表面氧化層的熔點(diǎn)接近2015，然而純鋁的熔點(diǎn)卻僅有650。這也就意味著(zhù)，當覆蓋在表面的氧化層被焊穿時(shí)，底下的純鋁也會(huì )被熔化，無(wú)法進(jìn)行后續焊接。只有當表面氧化層被破壞或是暴露出來(lái)，焊接才有效。

在使用交流電進(jìn)行焊接時(shí)，鎢極持續的在正負極之間進(jìn)行切換。當鎢極為正時(shí)，負極電子從工件移動(dòng)到鎢極，氧化層在此過(guò)程中。之后，鎢極為負時(shí)，電子會(huì )從鎢極移動(dòng)到工件表面從而產(chǎn)生熱量——這就是焊縫產(chǎn)生熔深所必需的。