铝镁合金部件连接新技术

搅拌摩擦焊(FrictionStirWelding，简称FSW)是由英国焊接研究所(TheWeldingInstitute，简称TWI)于1991年提出的一种固态连接方法。此技术原理简单、控制参数少、易于自动化，可将焊接过程中的人为因素降到最低。搅拌摩擦焊工艺参数主要有搅拌指头的焊接速度、搅拌指头的旋转速度以及压紧力等。这些参数决定了焊接过程中搅拌指头周围产生的热量，并且直接影响到焊缝的组织和性能。搅拌摩擦焊接技术与传统的熔焊相比，拥有许多优点，因此具有广泛的工业应用前景和发展潜力。搅拌摩擦焊技术是世界焊接技术发展史上，自发明到工业应用时间跨度最短和发展最快的一项固相连接技术，已在航天、航空、车辆、造船、建筑等行业得到成功的应用。
   可用搅拌摩擦焊代替熔焊实现轻合金结构的制造，是现代焊接技术发展的又一次飞跃，可以说是革命性的进步。随着对搅拌摩擦焊技术认识的提高，预计在不远的将来，铝合金、镁合金、锌合金、钛合金等轻金属材料的连接将主要由搅拌摩擦焊来完成，尤其在运载火箭、高速铝合金列车、铝合金高速快艇、全铝合金汽车等项目中将会占到主导地位。
   我国在2002年4月成立了中国搅拌摩擦焊中心，标志着搅拌摩擦焊在中国的正式开始，是中国焊接技术发展史上的里程碑。
   点摩擦焊是一种新型线性搅拌摩擦焊工艺技术，具有在同种或异种金属板材之间形成强接头的潜力，尤其适合于低熔点软金属，例如铝、镁合金。目前，点摩擦焊已经成功用于铝合金板材部件的连接，在轻型机车用铝合金部件连接方面是一种极具前途的连接方法。
   最近，美国福特汽车公司，橡树奎国家实验室和美国密执根州迪尔伯恩大学正在研究开发用于镁合金部件的连接。在焊接过程中，不断旋转的模具在压力下横穿过连接板的界面，使得板材连接起来，模具旋转产生的热量(摩擦热)使得界面和连接区产生软化区，这个热软化区材料在探头附近被迫旋转流动而聚集起来。在探头收回时对接头就形成了。对于铝合金和镁合金来说搅拌摩擦焊比普通熔焊提高了接头质量。搅拌摩擦焊不需要母材的熔化，接头强度接近于基材强度，能量输出相对较低，热量影响区域相对较小，焊缝的残留应力可以忽略不计。点摩擦焊和线性摩擦焊的不同是点摩擦焊不能横向移动，模具到达预先设定的负载或插入深度后撤离板材，模具旋转引起的摩擦和力产生了热和变形，热和变形又产生了搅拌区。在冷却到室温过程中，就在板材界面形成了点焊缝。
    众所周知，镁合金具有比铁和铝更好减轻重量的优势，已经受到全球汽车工业极大的关注，镁的密度是铁的四分之一，是铝的三分之二，在汽车工业应用的结构材料中密度最小，但具有高比强度，模数比普通工程塑料和玻璃纤维强聚合物高。目前，从汽车仪表盘框架到发动机都在应用镁合金材料，汽车车身和底盘部件也在开始采用这些镁合金材料，但都存在成形差的问题。同时对于镁合金部件的连接工艺技术还不够重视。
    许多镁合金部件的连接都集中在铸造镁合金的熔焊，例如气体保护焊、气体钨极电子焊、电阻焊、激光焊、电子束焊方面。这些技术都可以用于镁合金板连接，但在焊缝中常常容易出现脆性中断相，导致了强度降低，黏结和螺栓连接又需要额外工艺步骤，增加装配成本，并且螺栓连接的镁合金板为敏感铆接，也可以应用，但很少成功。
   点摩擦焊工艺技术能够克服上述焊接工艺技术的不足，因此是具有极大潜力的连接技术，工作温度在412摄氏度，是一种典型低温固态工艺连接技术，具有较长的模具使用寿命，高可靠性和较好的工作环境等优点。