铝合金薄板机器人搅拌摩擦焊接工艺研究(2)
1.2 搅拌摩擦焊概述搅拌摩擦焊(Friction Stir Welding，简称 FSW)是英国焊接研究所(The Welding Institute)于1991 年发明的专利焊接技术。搅拌摩擦焊工艺是接替自激光焊接的先进焊接方法。它的出现将使铝合金，有色金属和异种金属的连接技术发生巨大改变。用搅拌摩擦焊方法焊接铝合金有色金属和异种金属取得了很好的效果。现如今在英、美等国正进行锌、铜、钛、低碳钢、复合材料等的搅拌摩擦焊接。搅拌摩擦焊在航空航天工业领域有着良好的应用前景[2]。搅拌摩擦焊在焊接过程中不需要使用如：焊条、焊丝、焊剂及保护气体等。因为它工作时只需要用到搅拌头。同时，由于搅拌摩擦焊接时的温度相对较低，因此焊接后结构的残余应力或变形也较熔化焊小得多。尤其当使用电弧焊 TIG或是MIG 焊接铝合金薄板时，结构会发生很明显的变形，虽然能够采用无变形焊接技术或是焊后冷、热校形技术，但这都增加了工时消耗了更多的人力，也就增加了结构的制造成本。节省工时和成本的确是搅拌摩擦焊引人注目的一点。搅拌摩擦焊主要是用在熔化温度较低的有色金属，如铝、铜、镁等合金。这和搅拌头的材料的耐受温度选择及搅拌头的工作硬度有关。当然，这主要和有色金属熔化焊接时有色金属有散热快需要热输入量高和熔点低的特点，迫使人们在有色金属焊接时寻找非熔化的焊接方法。而对于钢或者其他铁的合金，可以通过先使用喷枪或者电弧先于搅拌头软化，就能实现搅拌摩擦焊，但这就要看熔化焊和搅拌摩擦焊那一个的焊缝强度更高或是更经济。在生产的时候根据自己生产需要来决定使用哪一种焊接方法[3]。搅拌摩擦焊在铝，铜和异种金属连接已获得成功的应用，但由于之前焊接工具台只有龙门床，所以焊接仅限于结构简单的构件，如平直的结构或圆筒形结构的焊接，而且在焊接过程中工件要有良好的支撑或村垫。原则上，搅拌摩擦焊可进行多种位置焊接，如平焊，立焊，仰焊和俯焊;可完成多种形式的焊接接头，如对接、角接和搭接接头，甚至厚度变化的结构和多层材料的连接，也可进行异种金属材料的焊接。另外，搅拌摩擦焊作为一种固相焊接方法，焊接前及焊接过程中对环境的污染小。焊前工件无需严格的表面清理准备要求，焊接过程中的摩擦和搅拌可以去除焊件表面的氧化膜，焊接过程中也无烟尘和飞溅.同时噪声低。由于搅拌摩擦焊仅仅是靠焊头旋转并移动，逐步实现整条焊缝的焊接，所以比熔化焊甚至常规摩擦焊更节省能源[4]。 但是由于没有填丝搅拌摩擦焊，所以搅拌摩擦焊对于装配特别敏感。
1.3 搅拌摩擦焊发展现状搅拌摩擦焊走到了今天因为无数前人的辛勤研究，搅拌摩擦焊设备也逐渐从试验室走向商用。TWI 应用搅拌摩擦焊技术为波音公司生产了 3 个2000 系列铝合金航天飞机燃料箱；美国洛克希德·马丁公司、波音—麦道公司、洛克韦乐集团、爱迪生焊接研究所等多家机构目前正在致力于搅拌摩擦焊接的研究、应用评估和开发。在航空航天领域适于用 FSW 技术焊接的结构包括：军用或民用飞机的蒙皮、航天器中的低温燃料箱，航空器油箱、军用机的副油箱、军用或科技探测火箭等；美国洛克希德。马丁航空航天公司用该技术焊接了航天飞机外部储存液态氧的低温容器；在马歇乐航天飞行中心，也已用该技术焊接了大型圆筒形容器[5]。搅拌摩擦焊的搅拌头可以说是整个焊接的核心，是否能很好的搅动熔池关系到了焊缝的好坏。如果只是用最初的光圆台的搅拌针，在焊接时圆柱型的搅拌针受到指向焊缝的根部力度较弱，软化材料的流动性差，焊接出的效果并不尽如人意。所以有螺旋线和沟槽的搅拌头就出现了。所以为了让搅拌得更加剧烈，加快熔池流动出现了 MX Triflute （左），Skem-Stir
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