钢复合热源搅拌摩擦焊接工艺研究(4)
对于方式一（图1.2（a））而言，其电极两端接在焊件（电极A）与搅拌头（电极B）之间，在通电过程中，由于焊件与搅拌头之间存在一定的电阻而产热，起到辅助热源的作用。而对于另一种方式（图1.2（b）），其电极两端分别接在在焊缝上滚动的滚轮（电极A）与焊件（电极B）之间，当在两电极之间施加电压时，电流流经滚轮从焊缝到焊件，由于滚轮与焊件之间的电阻而产生电阻热。
以电阻热为辅助热源的复合搅拌摩擦焊接技术利用电阻热在一定程度上软化了焊接材料，使得焊接过程中所需下压量减小，但其只适用于导电材料（包括被焊材料与搅拌头）。为增大电阻，搅拌头与工件表面会涂覆陶瓷层[15]，这可能会给焊缝带来污染。
图1.2 电阻热复合搅拌摩擦焊示意图
（2）电弧辅助预热搅拌摩擦焊复合焊接方法
电弧辅助预热搅拌摩擦焊复合焊接方法主要利用TIG电弧作为预热热源[16]。其预热形式有两种，一种是电弧与搅拌头在焊件同侧，如图1.3（a）所示；另一种是电弧与搅拌头在不同侧，如图1.3（b）所示。
电弧与搅拌头同侧时，电弧电流150A，电压20V（加热功率3000W左右），使被预热材料软化而非熔化，这对于一般材料来说已经做够。预热钢的材料时采用直流正接（利用电弧直流正接熔池深，宽度窄的特点），预热铝等高热导材料时，采用交流电。电弧与搅拌头的距离一般等于轴肩的直径，这一距离对于钢、不锈钢、钛合金等导热系数低的材料允许其有时间传递电弧热，使其受热区域扩大到合适范围，同时电弧下方局部熔化处凝固后才开始摩擦搅拌。电弧最好摆动以均匀加热材料待焊处。
电弧与搅拌头异侧时，可以使材料整个厚度方向后热充分，但电弧要超前搅拌头一段距离。
电弧热复合搅拌摩擦焊不仅可以进行钢、不锈钢、钛合金、以钢为基体复合材料等同种材料的焊接，利用功率不同的电弧分别加热焊缝两侧熔点性能不同的材料，还可以实现异种材料的搅拌摩擦焊。因此，综合电弧操作简单且价格较激光加热便宜，电弧复合搅拌摩擦焊可能具有更大的发展潜力及实用性。
图1.3 电弧热复合搅拌摩擦焊示意图
（3）激光辅助预热搅拌摩擦焊复合焊接方法
以激光为辅助热源的复合搅拌摩擦焊技术是采用高能激光束预热搅拌头前方待焊接工件，工件在激光的作用下受热变软，在随激光跟进的搅拌头旋转、摩擦、锻压作用下最终形成牢固的接头，如图1.4所示。G .Kohn[17]等人发现通过对激光能量及作用区域的控制，可以准确控制焊接热输入的大小和工件预热区域的范围，避免了搅拌头和夹持装置受到激光热能的损害。
图1.4 激光复合搅拌摩擦焊示意图
LAFSW存在的问题是激光在某些反射率高的材料表面会产生反射，降低激光能的利用率。如果在这些材料表面涂覆防反射材料，会造成工艺上的复杂。为了减少激光能的反射率及6mm以上厚板的均匀加热，采用在焊缝处开坡口的方法[18]。此方法在一定程度上减少了激光的反射，但是用来填充焊缝的金属减少了，易形成塌陷。LAFSW的研究还有待深入，后续工作主要集中在针对不同材料找出激光与摩擦焊接参数的组合参数；对LAFSW的焊接变形进行测量和控制等。
（4）等离子弧辅助预热搅拌摩擦焊复合焊接方法
以等离子弧为辅助热源的复合搅拌摩擦焊原理与LAFSW原理类似，只是预热能量的来源不同。焊接时，焊接区域在搅拌头产生的摩擦热与等离子弧产生的辅助热量共同作用下发生塑化，最终在搅拌头后部形成焊缝。影响预热效果因素主要有预热电流、行走速度，等离子弧长、焊前停留时间等。电流与行走速度对预热热循环影响最大。