在現(xiàn)代工業(yè)世界競(jìng)爭(zhēng)時(shí)代,結(jié)構(gòu)金屬必須可焊性好。早適合鋁的焊接技術(shù)包括羥基燃料氣焊和電阻焊。鋁弧焊主要局限于SMAW(手工電焊弧),有時(shí)叫MMA。這一焊接工藝使用管狀焊條。很快發(fā)現(xiàn),這一工藝并不適于焊接鋁。主要問(wèn)題之一就是焊劑殘留引起的腐蝕,尤其是在填充焊縫里,焊劑留在焊縫后,促進(jìn)了焊縫的腐蝕。
在焊接過(guò)程中,攪拌針在旋轉(zhuǎn)的同時(shí)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(dòng),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(duì)設(shè)備的要求并不高,基本的要求是焊頭的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和工件的相對(duì)運(yùn)動(dòng),即使一臺(tái)銑床也可簡(jiǎn)單地達(dá)到小型平板對(duì)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(zhǎng)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(shí)在終端留下個(gè)匙孔。通常這個(gè)匙孔可以切除掉,也可以用其它焊接方法封焊住。針對(duì)匙孔問(wèn)題,已有伸縮式攪拌頭研發(fā)成功,焊后不會(huì)留下焊接匙孔。
焊接過(guò)程中也不需要其它焊接消耗材料,如焊條、焊絲、焊劑及保護(hù)氣體等。消耗的是焊接攪拌頭。
同時(shí),由于攪拌摩擦焊接時(shí)的溫度相對(duì)較低,因此焊接后結(jié)構(gòu)的殘余應(yīng)力或變形也較熔化焊小得多。特別是Al合金薄板熔化焊接時(shí),結(jié)構(gòu)的平面外變形是非常明顯的,無(wú)論是采用無(wú)變形焊接技術(shù)還是焊后冷、熱校形技術(shù),都是很麻煩的,而且增加了結(jié)構(gòu)的制造成本。
攪拌摩擦焊(FrictionStir Welding簡(jiǎn)稱FSW)是英國(guó)焊接研究所(TWI)于1991年10月提出的發(fā)明專利。攪拌摩擦焊工藝初主要用于解決鋁合金等低熔點(diǎn)材料的焊接,關(guān)于攪拌摩擦焊工藝的特點(diǎn)和應(yīng)用等,TWI進(jìn)行了較多的研究,并于1993年、1995年分別申請(qǐng)了專利。TWI主要是與航空航天、海洋、道路交通、鋁材廠、焊接設(shè)備制造廠等大公司聯(lián)合,以團(tuán)體贊助或合作的形式開發(fā)這種技術(shù),擴(kuò)大其應(yīng)用范圍。美國(guó)的愛迪生焊接研究所(Edisonwelding Institute,簡(jiǎn)稱EWI)與TWI密切協(xié)作,也在進(jìn)行FSW工藝的研究。美田的美國(guó)洛克希德·馬丁航空航天公司、馬歇爾航天飛行中心、美國(guó)海軍研究所、Dartmouth大學(xué)、德克薩斯大學(xué)、阿肯色斯大學(xué)、南卡羅利納大學(xué)、德國(guó)的Stuttgart大學(xué)、澳大利亞的Adelaide大學(xué)、澳大利亞焊接研究所等都從不同角度對(duì)攪拌摩擦焊進(jìn)行了專門研究。