搅拌摩擦点焊技术及其研究现状

发布时间：2019-08-20 14:09

【摘要】：鉴于搅拌摩擦点焊受到国内外越来越多学者的关注研究,本文在大量文献分析的基础上对搅拌摩擦点焊进行了分类和总结。详细综述了搅拌摩擦点焊的工艺方法、接头组织和力学性能以及焊接过程数值模拟等方面的研究,归纳了该工艺在航空、航天和汽车领域的应用,最后,分析了搅拌摩擦点焊当前存在的主要问题。
【图文】：

阶段,压入,工艺过程

顶锻压力插入被焊工件，在压力的作用下搅拌头与工件摩擦产生热量，使得焊点处的金属软化并被搅拌针剪切挤出；连接阶段，搅拌头持续转动并完全插入工件，搅拌针带动工件材料流动，轴肩使得被搅动的材料挤压在焊点内，并有部分材料挤出形成飞边，摩擦产热和搅拌头的旋转、挤压作用使得工件材料充分流动并形成良好接头；回撤阶段，搅拌头退出并在焊点处留下典型的“匙孔”［１３］。该种焊接工艺最主要的缺点是接头存在“匙孔”，不仅影响接头的完整性和美观性，更重要的是会严重降低接头的耐腐蚀性和力学性能。图１ＦＳＳＷ工艺过程［１３］（ａ）压入阶段；（ｂ）连接阶段；（ｃ）回撤阶段Ｆｉｇ．１ＩｌｌｕｓｔｒａｔｉｏｎｏｆｔｈｅＦＳＳＷｐｒｏｃｅｓｓ［１３］（ａ）ｐｌｕｎｇｉｎｇ；（ｂ）ｂｏｎｄｉｎｇ；（ｃ）ｄｒａｗｉｎｇｏｕｔ因此，许多学者在传统ＦＳＳＷ基础上，在消除ＦＳＳＷ接头固有的“匙孔”缺陷、提高接头性能等方面做了大量工作。根据相关文献报道，除了传统的ＦＳＳＷ，，目前主要的ＦＳＳＷ形式为回填式、无针插入式和摆动式［１１］。１．１回填式回填式ＦＳＳＷ是由德国ＨＺＧ（原ＧＫＳＳ）研究中心于１９９９年发明的［１４］。其采用特殊的搅拌头（图２［１５］），通过精确控制搅拌头各部件的相对运动，在搅拌头回撤的同时填充搅拌头在焊接过程中形成的“匙孔”缺陷。回填式ＦＳＳＷ的搅拌头主要由三部分组成，分别为最内部的搅拌针（ｐｉｎ）、中间层的搅拌套（ｓｌｅｅｖｅ）以及最外层的压紧套（ｃｌａｍｐｉｎｇｒｉｎｇ）。其中，压紧套在焊接时固定，不发生旋转，而中间层的

阶段,焊接过程,压入,摆动式

材料工程２０１５年４月图３无针ＦＳＳＷ焊接过程［１９］（ａ）压入阶段；（ｂ）连接阶段；（ｃ）回撤阶段Ｆｉｇ．３ＩｌｌｕｓｔｒａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｐｉｎｌｅｓｓＦＳＳＷｐｒｏｃｅｓｓ［１９］（ａ）ｐｌｕｎｇｉｎｇ；（ｂ）ｂｏｎｄｉｎｇ；（ｃ）ｄｒａｗｉｎｇｏｕｔ结合较弱。１．３摆动式摆动式ＦＳＳＷ的主要特点：搅拌头在插入待焊工件后，还能沿着预设的路径移动，最后回到原点。该方法的优点是增加了焊点接触面积，从而提高点焊接头的抗剪强度。但该工艺不能消除传统ＦＳＳＷ工艺的“匙孔”问题，且在一些较精密的工件上，增大焊接区面积的方法可行性不足，具有一定的限制性。摆动式ＦＳＳＷ的运动是通过简单的机械运动来实现的，ＴＷＩ利用ＥＳＡＢ点焊设备的ＣＮＣ程序来控制系统，使搅拌头按图４所示的路径移动［２１］。其中下压速率为６００ｍｍ／ｍｉｎ，复合运动周期为０．３ｓ，形成‘Ｓｑｕｉｒｃｌｅ’图。从实验得到的焊点横截面中看出，焊接区域显著增大。图４摆动式ＦＳＳＷ（Ｃｏｍ－ｓｔｉｒＴＭ）的旋转路线图［２１］Ｆｉｇ．４ＩｌｌｕｓｔｒａｔｉｏｎｏｆｒｏｔａｔｉｎｇｐａｔｈｏｆｓｗｉｎｇＦＳＳＷｗｉｔｈＣｏｍ－ｓｔｉｒＴＭ［２１］１．４ＦＳＳＷ的其他新型工艺为了消除“匙孔”，学者们［２２－２５］采用一些新型ＦＳＳＷ工艺使材料再融合、搅动，回填到焊接区域。图５为新型ＦＳＳＷ的过程示意图［２３］。在第一步焊接过程中采用一种特殊设计的背部垫板，该种垫板有圆形的凹坑，焊接后接头形成“匙孔”，并且，由于材料
【作者单位】：西北工业大学凝固技术国家重点实验室;
【分类号】：TG453.9

【参考文献】