钢复合热源搅拌摩擦焊接工艺研究(2)
结论47
致谢48
参考文献.49
1 绪论
1.1研究课题背景
搅拌摩擦焊接（FSW）是英国焊接研究所（TWI）在1991年开发的一种新型焊接技术[1]。在最初几年，FSW凭借其具有的高效、低成本、优质、无污染以及焊接变形小等优点被广泛的应用于铝及铝合金的焊接中[2]。其具体表现为：（1）生产成本低，在焊接的过程中，不需要填充焊丝、焊剂和保护气体等；（2）焊接接头性能好，在焊接过程中，焊材所受的残余应力低，焊后接头的残余应变就小，焊接的性能也相对较好；（3）焊接接头质量好，焊接接头通常所得为细晶组织，无裂纹、气孔、夹渣等焊接缺陷；（4）焊接过程安全性好，FSW的整个焊接过程都十分安全，不会产生飞溅、辐射等危害焊工的身体健康；（5）焊接操作简单，便于实现自动化等[3]。
鉴于FSW的诸多优点，FSW的应用也十分的广泛。目前，搅拌摩擦焊接技术已经在造船业、汽车制造业、航空航天、铁道车辆等都存在一定的应用范围[3]。但同时由于FSW在焊接的过程中提供的热量较低（主要热源来自于搅拌头与焊件之间的摩擦）、搅拌头的材料耐高温、耐磨性达不到要求（考虑到生产成本搅拌头主要由合金钢、工具钢制作）等缺点，使得FSW技术目前只能广泛的应用于低熔点的材料。而对于高熔点、高强度的钢材而言，焊接过程热量不足以及焊接过程中搅拌头的磨损等无疑是搅拌摩擦焊接扩展应用于钢材焊接的关键问题。
为了解决搅拌摩擦焊不能对高熔点材料进行高效焊接这一问题，使搅拌摩擦焊接技术有进一步的发展空间，很多学者都进行了许多试验。其中较多也较为有效的方法即为复合热源搅拌摩擦焊[4]。其主要为在搅拌摩擦焊的基础上，加上一种或多种其他热源对摩擦热源进行辅助（即为复合热源）。在复合热源搅拌摩擦焊中，复合热源主要用于提高焊接基体的温度，从而使焊件更容易实现塑性变形，然后再在应力的作用下实现固相焊接。目前，焊接工作者们主要研究开发的复合热源搅拌摩擦焊接技术有：感应热、电阻热、电弧[5]、激光[6]、等离子弧[7]等作为辅助热源的复合热源搅拌摩擦焊接技术。
但是，在真正的试验过程中，这些复合方法总存在一定的缺陷。因此，为了使搅拌摩擦焊能够对钢进行焊接，并获得性能优异的焊接接头，对钢的复合热源搅拌摩擦焊的工艺研究是十分必要且意义深刻的。
1.2 搅拌摩擦焊的研究发展与应用
1.2.1 搅拌摩擦焊的焊接原理
1.2.3 搅拌摩擦焊的研究发展
由于FSW的高效、安全、无污染等优点，自1991年这项新的固相焊接技术被开发出来，焊接工作者对这项焊接工艺的研究也从未间断过。从最开始的只应用于铝及铝合金等低熔点材料的焊接，到现在适用于镁合金、不锈钢、钢等异种材料的焊接；从最开始的只适用于对接接头的焊接，到现在的适用于对接接头、搭接接头、角接头[9]、T型接头等；以及搅拌摩擦点焊、搅拌摩擦熔敷焊、搅拌摩擦焊钎焊等新型搅拌摩擦焊接技术的成功研究都证实了FSW具有良好的研究前景。
1.2.4 搅拌摩擦焊的应用
FSW作为一种先进的固相焊接技术，由于其焊缝组织好、接头力学性能优异，已经在航空航天、造船、汽车、铁道车辆等制造领域显示出强劲的创新活力和广阔的应用前景, 并得到广泛应用。
（一）搅拌摩擦焊在航空航天中的应用
在航空领域中, 飞机制造零部件的装配连接使用了大量铆接和螺栓连接结构, 如在空中客车A340飞机上使用了超过100 万个铆钉, 如采用FSW 代替铆接既可提高制造速度, 又可降低结构质量。波音公司已经成功地实现了复杂结构的飞机门的曲线FSW 焊接, 另外在战斗机的裙翼上成功地实现了薄板T 形接头的搅拌摩擦焊连接, 并进行了相关飞行测试。根据巴西航空工业公司于2010 年4 月20 日发布的消息, 在为莱格赛500 喷气公务机首次投料中, 已经成功地采用了FSW 技术。