高强铝合金双轴肩搅拌摩擦焊接研究(2)
结 论 34
致 谢 35
参考文献36
1 引言
1.1 课题研究背景
搅拌摩擦焊(friction stir welding，FSW) 作为一种先进的固相连接技术，目前已经在一些领域有了广泛的应用，如航空航天、船舶、轨道交通等领域。近年来人们也结合其他焊接方法研究出了一些新的搅拌摩擦焊方法，例如搅拌摩擦点焊、摩擦塞焊和双轴肩搅拌摩擦焊。
传统搅拌摩擦焊是将两个焊件对接在一起，背部有刚性垫板支撑，搅拌头插入焊件对接的界面，在焊接时对搅拌头设置一定的旋转速度、焊接速度、主轴夹角以及压力最终使两个焊接母材相互连接。焊接过程中搅拌头可能未焊到母材底部或穿透母材底部，因此在焊接过程中可能会产生未焊透或焊穿等缺陷[1]。
双轴肩搅拌摩擦焊技术是一种新兴的搅拌摩擦焊技术，它的出现弥补了一些传统搅拌摩擦焊技术的缺点。双轴肩搅拌摩擦焊很大程度的降低了焊接过程中的锻压力，由于下轴肩的存在而使焊接母材不需要刚性垫板，从而节省了成本，同时零件装配和焊接时能更加灵活，若遇到结构复杂的工件，就能够进行三文焊接。由于双轴肩搅拌摩擦焊时有上下两个轴肩，相当于两个搅拌头，焊缝的上表面和下表面都受到了搅拌摩擦，从根本上消除了未焊透或根部缺陷等问题。而搅拌头的设计是搅拌摩擦焊技术的核心问题，也是探索双轴肩搅拌摩擦焊的研究重点。
1.2 搅拌摩擦焊的研究
搅拌摩擦焊( Friction Stir Welding，简称FSW) 是1991年由英国焊接研究所发明的一种先进的固相焊接技术。如下图1.1所示，焊接时，搅拌针旋转进入焊接母材的焊缝中，搅拌头与母件之间相互摩擦得到摩擦热，使位于搅拌头前方的材料发生严重的塑性变形，随着搅拌头的不断行进，发生塑性变形而软化的材料渐渐流动到搅拌头的后方并沉积下来，最终焊接母材相连接形成焊缝。
图1.1 搅拌摩擦焊原理图
1.2.1 搅拌摩擦焊特点
与传统的熔焊相比，搅拌摩擦焊技术在以下几个方面要有优势：
1）由于是固相焊接，被焊材料不发生熔化只会塑性变形，接头的性能要相对良好些，强度也更高；
2）相对于熔焊，搅拌摩擦焊时不需要保护气体，不需要焊丝，不但成本低并且节能，；
3）不但能焊接异种金属材料，而且能焊接性能差异很大的金属和非金属材料；
4）焊接前的准备工作不是很复杂，焊接过程安全，不会产生飞溅、辐射的情况，并且环保，不会产生有害物质；
5）相比熔焊受焊接位置的限制，搅拌摩擦焊可实现全方位的焊接。
1.2.2 搅拌摩擦焊应用领域
自从搅拌摩擦焊出现以来，该焊接技术被很快受到人们的青睐，并应用在了许多方面，特别是在一些重工业，例如核电核能、航空航天(飞机零部件的装配)、船舶业(船舶甲板、船体的外壳、主体结构件、防水板等的制造，还有海洋运输装置、直升飞机的升降平台等)、陆地交通（高速火车、地铁车厢、有轨电车，汽车的引擎、车身支架、底盘、货车后部的升降台、汽车起重器，以及装甲车的防护甲板等)等。
1.2.3 搅拌摩擦焊焊接的主要材料
搅拌摩擦焊最先使用的焊接材料是铝合金，且铝合金的搅拌摩擦焊技术已逐步成熟，几乎所有类型的铝合金都可以焊接，随着科学技术的发展，FSW现已可以焊接镁合金、锌合金、铜合金、以及不锈钢、非晶合金等，FSW除了能实现上述同种材料的连接，还能实现焊接异种材料，如铝与低碳钢或不锈钢，纯铜与低碳钢，镁合金与铝合金，铝与铜，镁合金与银，铝合金与银等的焊接。
下一篇：钛钢爆炸复合板电子束焊接工艺研究