搅拌摩擦焊革命性的装备制造新技术线切割
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搅拌摩擦焊革命性的装备制造新技术
搅拌摩擦焊革命性的装备制造新技术 2011年12月09日 来源： 搅拌摩擦焊技术是世界焊接技术发展史上自发明到工业应用时间跨度最短和发展最快的一项神奇的固相连接新技术［1］。搅拌摩擦焊被认为是最有前途和最适合宇航材料以及结构件制造的工艺方法之一［2］。 本文在介绍搅拌摩擦焊原理、搅拌头、焊接材料、接头性能、搅拌摩擦焊设备及工业应用等的基础上，对搅拌摩擦焊在中国的发展和应用进行展望。 １ 搅拌摩擦焊知识产权 搅拌摩擦焊是英国焊接研究所（TWI）1991年发明的，并进行了世界范围内专利保护的新型连接技术［3］［4］［5］。搅拌摩擦焊自发明以来就受到制造工业的密切关注和支持，并且在1996年就在工业制造领域得到成功应用［6］。 截止2002年9月15日，世界范围内得到英国焊接研究所搅拌摩擦焊专利技术许可的用户已经有78家。迄今，世界范围内已经申请的与搅拌摩擦焊技术相关的专利技术有551项。 1995年英国焊接研究所（TWI）在中国申请了有关搅拌摩擦焊和搅拌头专利保护(利号:ZL95192193.2)，并且在1999年得到了中国知识产权局的批准(批准号:51451)；在 2002年4月18日，北京航空制造工程研究所和英国焊接研究所在北京正式签署搅拌摩擦焊专利许可和技术合作协议，并且在双方合作成立了中国搅拌摩擦焊中心的基础上，注册成立了中国首家专业化的搅拌摩擦焊技术公司——北京赛福斯特技术有限公司。 北京赛福斯特技术有限公司负责中国搅拌摩擦焊中心在中国地区（包括：香港、澳门和台湾）的所有搅拌摩擦焊业务：主要从事搅拌摩擦焊技术的研究、FSW工程应用开发、FSW设备的制造和销售以及全权负责中国搅拌摩擦焊中心的FSW "二级许可权" 的发放和管理。 中国搅拌摩擦焊中心和专业化北京赛福斯特技术有限公司的成立，标志着搅拌摩擦焊技术的开发和工程应用研究工作在中国市场的正式开始，是新世纪中国焊接技术发展史上一块瞩目的里程碑。 ２ 搅拌摩擦焊原理 搅拌摩擦焊是利用一种特殊的非耗损的搅拌头，旋转着压入被焊零件的界面，搅拌头与被焊零件的摩擦使被焊材料热塑化，当搅拌头沿着焊接界面向前移动时，热塑化的材料由前向后转移，在热/机联合作用下扩散连接形成致密的固相连接接头；搅拌摩擦焊的原理如图1所示。 ３ 搅拌摩擦焊特点 与传统的弧焊方法相比较，搅拌摩擦焊在轻合金材料的连接方面具有诸多优越性，如： 固相连接——被焊材料没有熔化； 无变形焊接方法——焊接变形很小； 材料自扩散连接——不需要添丝和保护气； 绿色焊接技术——没有烟尘、飞溅、紫外辐射； 机床加工技术——容易实现自动化； 优良的连接质量——接头性能等于或超过母材； 节省能源——总功率输入低； “万能”焊接方法可以焊接所有牌号的轻合金材料。 搅拌摩擦焊在某些方面也存在局限性，例如，需要搅拌头向被焊工件施加足够大的顶锻压力和向前驱动力，被焊零件需要被刚性固定；焊接末尾会存在“匙孔”；另外，与弧焊相比较，需要对焊缝施加巨大的顶锻压力，限制了搅拌摩擦焊技术在机器人等柔性设备上的应用。 ４ 搅拌头 搅拌头是搅拌摩擦焊技术中最重要的技术之一。 搅拌头一般由耐高温抗磨损材料制成，主要包括特形指棒和轴肩两部分，在焊接过程轴肩与被焊材料的表面紧密接触，防止塑化金属材料的挤出和氧化，同时搅拌轴肩还可以提供部分焊接所需要的搅拌摩擦热，搅拌指棒的形状比较特殊，焊接过程中搅拌指棒要旋转着压入被焊材料的结合界面处，并且沿着待焊界面向前移动。 随着搅拌摩擦焊技术的发展，英国焊接研究所研制的“艺术阶段”的 WhorlTM和 MX TrifluteTM系列搅拌头可以在6毫米厚的铝合金挤压形材上连续焊接上千米的焊缝而不用更换，并且可以得到性能更加优良的焊缝。 搅拌摩擦焊薄板结构零件时，搅拌头的肩部与工件表面摩擦产生的热量是金属热塑化所需能量的来源。对于厚板的搅拌摩擦焊来说，要得到优良的焊接接头，随着板厚的增加，搅拌头与工件之间需要提供更多的热来保证搅拌头附近区域金属的热塑化，同时，搅拌头还需要确保焊接区域金属材料的搅拌激活以及控制塑化金属的流变转移来形成合格的固相焊缝。总之，搅拌头确实是搅拌摩擦焊技术中的心脏。 ５ 搅拌摩擦焊材料 搅拌摩擦焊的焊接温度一般低于材料的熔点，焊接过程中始终没有材料的熔化。所以搅拌摩擦焊是一种固态连接方法。 基于搅拌摩擦焊过程中不存在材料熔化的特点，搅拌摩擦焊几乎可以焊接所有系列的铝合金材料以及铝基复合材料(MMC)。对于以前传统焊接方法认为“不可焊接”的2xxx和7xxx系列高强铝合金材料，也能得到可靠连接。对于异种材料搅拌摩擦