欣興鴻臺式攪拌摩擦焊：原理與多行業(yè)應(yīng)用探秘

欣興鴻臺式攪拌摩擦焊的原理

攪拌摩擦焊的方式與常規(guī)摩擦焊有相似之處。兩者均以摩擦熱與塑性變形熱作為焊接的熱源。然而，攪拌摩擦焊的獨特之處在于，其焊接過程是通過一個圓柱體或其他特定形狀（如帶螺紋圓柱體）的攪拌針伸入工件的接縫處。在焊頭高速旋轉(zhuǎn)的作用下，與焊接工件材料產(chǎn)生摩擦，致使連接部位的材料溫度上升并軟化。同時，通過對材料的攪拌摩擦來完成焊接。焊接過程如圖所示。在焊接時，工件需剛性固定在背墊上，焊頭一邊高速旋轉(zhuǎn)，一邊沿工件的接縫相對移動。焊頭的突出段深入材料內(nèi)部進行摩擦和攪拌，焊頭的肩部與工件表面摩擦生熱，不僅能防止塑性狀態(tài)材料的溢出，還能夠清除表面的氧化膜。

在焊接進程中，攪拌針在旋轉(zhuǎn)的同時伸入工件接縫，旋轉(zhuǎn)攪拌頭（主要是軸肩）與工件之間產(chǎn)生的摩擦熱，使焊頭前方的材料發(fā)生強烈塑性變形。隨后，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后方，從而形成攪拌摩擦焊焊縫。對于欣興鴻臺式攪拌摩擦焊而言，對設(shè)備的基本要求并不嚴苛，zui關(guān)鍵的是焊頭的旋轉(zhuǎn)運動和工件的相對運動，哪怕是一臺普通銑床，也能簡單滿足小型平板對接焊的需求。但需注意，焊接設(shè)備及夾具的剛性至關(guān)重要。攪拌頭通常采用工具鋼制成，其長度一般比所需焊接的深度略短。應(yīng)當指出的是，攪拌摩擦焊縫結(jié)束時在終端會留下一個匙孔。通常，此匙孔可以切除，也能夠用其他焊接方法進行封焊。針對匙孔問題，已有伸縮式攪拌頭成功研發(fā)，焊接后不會留下焊接匙孔。

欣興鴻臺式攪拌摩擦焊的應(yīng)用

近年來，隨著技術(shù)的持續(xù)進步，為了保護環(huán)境、節(jié)約能源，人們迫切期望汽車、飛機、機車車輛、船舶等運輸機械能夠?qū)崿F(xiàn)輕量化。為此，積極開發(fā)和研制適用于這些運輸機械的輕金屬材料，例如鋁及其鋁合金便成為了重點。

鋁及其鋁合金材料因重量輕、抗腐蝕、易成形等優(yōu)點，加之新型硬鋁、超硬鋁等材料的涌現(xiàn)，使得其性能不斷提升，因而在航空、航天、高速列車、高速艦船、汽車等工業(yè)制造領(lǐng)域的應(yīng)用愈發(fā)廣泛。除運輸機械外，土木建筑、橋梁等領(lǐng)域也引入了鋁及其鋁合金。

這些結(jié)構(gòu)的安裝連接主要依賴焊接。在鋁及其鋁合金的焊接中，存在的主要問題之一是因其膨脹系數(shù)大，焊接時易產(chǎn)生較大變形。

在施工現(xiàn)場，為防止變形，必須采用胎卡具固定，并由經(jīng)過培訓的熟練工人操作。由于鋁及其鋁合金容易氧化，表面存在一層致密且堅固難熔的氧化膜，所以焊前需要對其表面進行去膜處理；焊接時，還需用氬等惰性氣體進行保護。

鋁及鋁合金焊接時，易出現(xiàn)氣孔、熱裂紋等缺陷，這也是焊接時必須留意的問題。對于熱處理型鋁合金，必須避免在焊接時熱影響區(qū)產(chǎn)生軟化、強度降低的情況。

為解決鋁及鋁合金熔化焊時的上述問題，一種全新的固相焊接方法——攪拌摩擦焊應(yīng)運而生。

經(jīng)過十幾年的研究發(fā)展，攪拌摩擦焊已步入工業(yè)化應(yīng)用階段。在美國的宇航工業(yè)、歐洲的船舶制造工業(yè)、日本的高速列車制造等領(lǐng)域，攪拌摩擦焊都取得了極為成功的應(yīng)用。

船舶制造和海洋工業(yè)是攪拌摩擦焊率先應(yīng)用的領(lǐng)域，主要用于船舶零部件的焊接，如甲板、側(cè)板、防水壁板和地板，以及船體外殼和主體結(jié)構(gòu)件等。已成功焊接了 6m×16m 的大型鋁合金船甲板，此甲板采用厚度為 6mm、寬為 mm 的 6082 - T6 鋁合金進行縱縫拼焊而成。

在航空制造方面，攪拌摩擦焊在飛機制造領(lǐng)域的開發(fā)和應(yīng)用仍處于試驗階段，主要用于實現(xiàn)飛機蒙皮和衍梁、筋條、加強件之間的連接，以及框架之間的連接。

在鐵道車輛中，攪拌摩擦焊已用于制造高速列車、貨車車廂、地鐵車廂和有軌電車等，為汽車輕合金結(jié)構(gòu)的制造提供了巨大可能。

在電子工業(yè)中，攪拌摩擦焊已應(yīng)用于大型鋁合金散熱片的焊接，使散熱片具備良好的熱性能和耐振動特性。

隨著人們對攪拌摩擦焊技術(shù)認知的不斷加深，預計在不久的將來，鋁合金材料的連接將主要依靠攪拌摩擦焊來實現(xiàn)，尤其在運載火箭、高速鋁合金列車、鋁合金高速快艇、全鋁合金汽車等項目中，攪拌摩擦焊技術(shù)將會占據(jù)主導地位。

欣興鴻智能裝備（江蘇）有限公司長期專注于數(shù)控機床和攪拌摩擦焊設(shè)備的研發(fā)、生產(chǎn)與銷售。公司始終致力于塑造國產(chǎn)現(xiàn)代化“工業(yè)母機”，實現(xiàn)“智能化、高性能、多功能、定制化、綠色化”，為國內(nèi)制造業(yè)的轉(zhuǎn)型升級打造前沿且穩(wěn)定的高精度數(shù)控裝備綜合解決方案。