搅拌摩擦焊接技术

搅拌摩擦焊（Friction Stir Welding，简称FSW）是英国焊接研究所于1991年发明的一种新型固相连接技术，尤其适用于熔焊焊接性差的铝合金连接，焊接前，采用专用夹具刚性固定待焊材料；然后，将一个带有特型搅拌针的搅拌头旋转并缓慢地插入待焊工件接缝处，直至轴肩与被焊工件表面紧密接触，与此同时，停留时间3~20秒，用来加热和热传导搅拌针周围塑性材料，具体时间视待焊材料和工艺特点而定。由于轴肩与工件表面的剧烈摩擦及搅拌针与工件内部材料的摩擦、剪切作用产生大量的热，从而在搅拌区形成大量的热塑化层。当搅拌头沿着焊缝前进时，搅拌工具后方形成空腔, 在刚性垫板和轴肩的密封和挤压作用下，热塑性金属向后方流动并充满空腔，空腔的形成和填充几乎是同时产生的，即FSW接头的形成是一个空腔不断产生，并不断被填满的过程，是在热-机联合作用下实现的固态焊缝。

FSW接头大体分为四个区必须包含焊核区（WN）、热机械影响（TMAZ）、热影响区（HAZ）和母材（BM）。

WN的晶粒组织等轴、细小、无方向性。在焊接过程中，WN不仅受到摩擦热，使母材达到热塑性状态，而且搅拌工具的旋转挤压和相对移动使得热塑性金属产生塑性流动，剧烈的塑性变形引起了晶粒动态再结晶和沉淀相的再分配。由于焊核区是受搅拌针机械作用最大的区域，发生再结晶的晶粒来不及长大就在搅拌针的作用下发生破碎，形成均匀细小的等轴晶粒。

TMAZ的晶粒出现拉长、扭曲变形，与原始组织取向偏离一定角度。

与母材相比，晶粒取向没有任何变化但稍有长大粗化。在热机影响区与母材之间还有一热影响区，由于不受搅拌头机械搅拌作用，晶粒不会发生塑性变形，该区仅受摩擦热循环作用，保持原有母材组织形貌，但有不同程度晶粒粗化长大倾向和强化相粒子部分溶解、长大，将会引起局部硬度减小，最终导致接头强度减小。

搅拌摩擦焊接温度一般都低于工件熔点。因此，搅拌摩擦焊接整个过程是在固态下完成的，不会得到铸造组织，避免了采用熔焊时因熔化和凝固而形成的孔隙、微裂纹、变形和残余应力，也不会有合金元素烧损。

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今日编辑：云絮