搅拌摩擦焊的研究现状及前景展望

摘 要：搅拌摩擦焊应用广泛，具有成本低、高性能以及高效率等特性，在不同领域得到了广泛的应用。本文将对搅拌摩擦焊的研究现状以及应用进行详细的分析。

关键词：搅拌摩擦焊；研究现状；应用

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.05.006

英国焊接研究所发明的搅拌摩擦焊（Friction Stir Welding，简称FSW），曾经于1991年获得世界范围内专利保护，它是一项非常奇特的新型固相焊接技术，也是焊接技术史上从发明到将其应用到工业中时间最短的一项焊接技术，其曾被称作是“世界焊接史上的第二次革命”。搅拌摩擦焊与其他传统的焊接技术相比较而言，其具有成本低廉、不会造成污染、焊接后变形较小以及高效等特点，这些特点是其他焊接技术无法企及的。搅拌摩擦焊的这些特性使其得到了广泛的应用，其主要应用于结构制造领域，例如航空、航天、汽车以及船舶等领域。基于此，文章将从焊接材料、工艺参数、焊接技术等原理对搅拌摩擦焊进行详细的研究分析，并且对搅拌摩擦焊未来的发展趋势进行探讨。

1 搅拌摩擦焊的原理分析及其优缺点

（1）搅拌摩擦焊的原理分析。搅拌摩擦焊的搅拌头的特征是圆柱状并且其轴肩是非常特殊的，搅拌头以合适的速度插入到被焊构件的焊接处，并且以一定的速度向前匀速移动，被焊构建与搅拌头之间由于一定的摩擦力度而产生相应的热度，当温度达到一定水平时，其将会使得搅拌头附近区域的材料软化，从而以实现热塑化的目的。当搅拌头由于受到某种力度时，将会渐渐的向前缓慢前行，这时候热塑化后的材料将由搅拌头的前部向后部移动，并且位于搅拌头处的轴肩将会产生锻造压力，固相连接就会在这种压力之下而实现。在搅拌焊接的过程中，需要注意的是被焊构件需要进行牢固固定，而且需要在焊缝的背面加上衬垫以防止由于搅拌头的力度而导致构建以及塑性金属流失。

（2）搅拌摩擦焊的优缺点分析。搅拌摩擦焊的优点主要有以下几个方面：第一，由于搅拌摩擦焊采用的技术原理是固相焊接技术，从而不会导致材料融化的现象发生；第二，，搅拌摩擦焊具有质量过硬、操作起来效率高以及不需要高昂的成本；第三，搅拌摩擦焊没有特定的接头形式，其支持多种规格形式不一的焊接方式；第四，采用搅拌摩擦焊技术，在焊接过程中产生的残余应力较小，从而残余应力对构件所带来的变形影响较小；第五，采用搅拌摩擦焊技术进行焊接后所产生的焊缝的组织为细晶组织，从而没有其他传统焊接技术所带来的裂纹、气孔等缺陷，这将大大减少后续的维修费用；第六，搅拌摩擦焊操作起来较为简单，能够非常方便的就实现自动化技术。

搅拌摩擦焊的缺点主要体现在以下几个方面：第一，采用搅拌摩擦焊后所形成的焊缝无法形成增强焊波，因此无法采用填角焊接技术进行焊接；由于焊接形式的限制性，因此采取曲线焊接时的难度较大，并且在焊接的开始处与终端处存在着一定的残孔。

2 搅拌摩擦焊的研究进展

目前，在搅拌摩擦焊铝合金连接方面的研究相对来说较多，主要涉及到的接头样式也丰富多样，包括对接接头、搭接接头、型接头、角接头等等；并且充分的发挥搅拌摩擦焊的技术成功实现了镁合金、铁以及不锈钢等多种材料的焊接。除此之外，还对搅拌摩擦焊进行了有限元分析、界面复合物以及无损检测等多方面的研究。

在無损检测方面，目前已经采用电导率场对AA7057以及AA6013两种型号的合金接头开展了无损检测的相关研究；除此之外，对于搅拌摩擦焊过程中，镁铝合金界面之间的复合物的形成机制也进行了详细的研究；为了使得搅拌摩擦焊的搅拌头能够得到更进一步的优化，从而对搅拌头的直径进行了更加深入的研究；在有限元方面，已经通过采用有限元模拟分析的方法得出了高温钢搅拌摩擦焊的最高温度；并且也有相关文献已经对三维热力学模型进行了相应的改进；在工艺参数方面，已经有相关文献对两种不同型号铝合金的搅拌摩擦焊的工艺参数进行了非常全面且深入的研究，以实现提高搅拌摩擦焊焊接质量的目的。

3 搅拌摩擦焊的应用

自搅拌摩擦焊广泛得到应用以来，由于其显著的特点及优势，其在航天航空、造船业以及陆路交通等多方面得到了广泛的应用。

（1）在航天航空中的应用。据记载，美国航天部门使用搅拌摩擦焊实现了铝合金燃料箱的焊接，这是传统的焊接技术无法企及的，并且后续发现使用FSW焊接技术的铝合金具有非常强的抗腐蚀性。除此之外，波音公司以及洛玛公司等均采用了搅拌摩擦焊实现了铝合金的焊接。

在航空领域中，飞机制造零件的装配零件是采用了大量的铆接以及螺栓连接结构进行连接的。采用铆接技术的优势在于在有效降低结构的质量的同时可以有效的提高制造的速度。波音公司已经实现了难度非常大的曲线焊接，在战斗机的裙翼上成功实现了T形接头的搅拌摩擦焊连接。搅拌摩擦焊接为航天航空制造提供了一种非常有效的途径。

（2）在造船业中的应用。在造船业中，搅拌摩擦焊主要应用于拼板、甲板、侧板、防水壁板以及船体外壳、直升机降落平台等构件中。目前，搅拌摩擦焊已经代替了传统的船舶加强件结构的制造方式，其已经成为船舶业中一种非常普遍的技术。例如，在船舶轻合金预成形结构件中应用搅拌摩擦焊技术，不仅成本低和时间短，同时其在质量以及性能等方面却也不输其他传统的焊接技术。

（3）在陆路交通中的应用。在陆路交通方面，搅拌摩擦焊技术主要应用于轨道列车、高速列车以及集装箱等方面。而搅拌摩擦焊在汽车方面则主要应用于底盘、引擎以及车身支架等零部件上。在陆路交通中搅拌摩擦焊的显著应用主要有：法国Alstom公司以及丹麦DanStir公司联合对于车辆零部件的搅拌焊接技术进行深入的研究。在单层以及双层挤压连接上，日立公司均成功的采用了搅拌摩擦焊技术。在列车制造领域，国内也获得了巨大的进展，例如，中国搅拌摩擦焊中心为北车集团长春客车交付了一台静龙门式搅拌摩擦焊设备，从而成功实现了车钩座的批量化焊接应用。

参考文献：

[1]杨素媛，刘冬冬.镁合金搅拌摩擦焊的研究现状与展望[J].稀有金属，2014，38（05）：896-904.

[2]杨延廷.绿色焊接技术——搅拌摩擦焊发展及应用现状[J].科技创新与应用，2014（17）：12-13.

作者简介：廖艳（1988-），女，浙江龙游人，本科，研究方向：机械工程。endprint