許多新的適合結(jié)構(gòu)應(yīng)用的鋁合金的發(fā)展又提出了一個問題,就是找到合適的連接方法。首先要有合適的母材。但如果沒有連接這一材料的實際可行的方法,把這種材料作為裝配材料也不現(xiàn)實。
攪拌摩擦焊方法與常規(guī)摩擦焊一樣。攪拌摩擦焊也是利用摩擦熱與塑性變形熱作為焊接熱源。不同之處在于攪拌摩擦焊焊接過程是由一個圓柱體或其他形狀(如帶螺紋圓柱體)的攪拌針(welding pin)伸入工件的接縫處,通過焊頭的高速旋轉(zhuǎn),使其與焊接工件材料摩擦,從而使連接部位的材料溫度升高軟化。同時對材料進(jìn)行攪拌摩擦來完成焊接的。焊接過程如圖《攪拌摩擦焊示意圖》所示。在焊接過程中工件要剛性固定在背墊上,焊頭邊高速旋轉(zhuǎn),邊沿工件的接縫與工件相對移動。焊頭的突出段伸進(jìn)材料內(nèi)部進(jìn)行摩擦和攪拌,焊頭的肩部與工件表面摩擦生熱,并用于防止塑性狀態(tài)材料的溢出,同時可以起到清除表面氧化膜的作用。
在焊接過程中,攪拌針在旋轉(zhuǎn)的同時伸入工件的接縫中,旋轉(zhuǎn)攪拌頭(主要是軸肩)與工件之間的摩擦熱,使焊頭前面的材料發(fā)生強(qiáng)烈塑性變形,然后隨著焊頭的移動,高度塑性變形的材料逐漸沉積在攪拌頭的背后,從而形成攪拌摩擦焊焊縫。攪拌摩擦焊對設(shè)備的要求并不高,基本的要求是焊頭的旋轉(zhuǎn)運動和工件的相對運動,即使一臺銑床也可簡單地達(dá)到小型平板對接焊的要求。但焊接設(shè)備及夾具的剛性是極端重要的。攪拌頭一般采用工具鋼制成,焊頭的長度一般比要求焊接的深度稍短。應(yīng)該指出,攪拌摩擦焊縫結(jié)束時在終端留下個匙孔。通常這個匙孔可以切除掉,也可以用其它焊接方法封焊住。針對匙孔問題,已有伸縮式攪拌頭研發(fā)成功,焊后不會留下焊接匙孔。
攪拌摩擦焊也存在一定的缺點:
(1)焊接工件必須剛性固定,反面應(yīng)有底板;
(2)焊接結(jié)束攪拌探頭提出工件時,焊縫端頭形成一個鍵孔,并且難以對焊縫進(jìn)行修補(bǔ);
(3)工具設(shè)計、過程參數(shù)和機(jī)械性能數(shù)據(jù)只在有限的合金范圍內(nèi)可得;
(4)在某種情況下,如特殊領(lǐng)域中要考慮腐蝕性能、殘余應(yīng)力和變形時,性能需進(jìn)一步提高才可實際應(yīng)用;
(5)對板材進(jìn)行單道連接時,焊速不是很高;
(6)攪拌頭的磨損消耗太快等。