摩擦焊接不同于一般的焊接，而是在兩個(gè)焊件的焊接端面上加一定的壓力，并使兩接觸面互相或用一定的工具對(duì)接觸面作劇烈的摩擦運(yùn)動(dòng)，由摩擦產(chǎn)生的熱把接觸面加熱達(dá)到一定的焊接溫度（一般為稍低于材料的熔點(diǎn)）時(shí)急速停止運(yùn)動(dòng)，并施以一定的頂鍛壓力使兩個(gè)焊件產(chǎn)生很大的塑性變形，接觸表面金屬原子緊密靠近，出現(xiàn)相互擴(kuò)散和晶間連系，形成共同的重結(jié)晶、中間化合物等從而使兩者緊密結(jié)合在一起。
摩擦焊技術(shù)經(jīng)過(guò)長(zhǎng)年的發(fā)展，已經(jīng)發(fā)展出許多分支，大致的分類(lèi)有：焊件繞軸心連續(xù)運(yùn)動(dòng)或慣性運(yùn)動(dòng)的摩擦焊、焊件作其他運(yùn)動(dòng)的摩擦焊、焊件不運(yùn)動(dòng)的攪拌摩擦焊等。
Part 1
什么是攪拌摩擦焊？
攪拌摩擦焊FSW（Friction Stir Welding）作為一種固相連接技術(shù)，在1991年發(fā)明，與傳統(tǒng)熔化焊相比，無(wú)需添加焊絲、不需要保護(hù)氣體，焊接過(guò)程無(wú)污染、無(wú)煙塵、無(wú)輻射，焊接接頭殘余應(yīng)力低，具有焊接效率高、焊接變形小、能耗低、設(shè)備簡(jiǎn)單、焊接過(guò)程安全等一系列優(yōu)點(diǎn)。經(jīng)過(guò)20多年的發(fā)展，F(xiàn)SW已經(jīng)在航空航天、軌道交通、船舶、3C、能源等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。
圖1 攪拌摩擦焊接原理
攪拌摩擦焊的基本組成和原理如圖1所示，高速旋轉(zhuǎn)的攪拌摩擦焊接工具上端柄部加工出扁平面被裝在機(jī)床主軸傳動(dòng)部件下的工具夾頭夾持傳動(dòng)，其下端突出的攪拌銷(xiāo)扎入將被焊接兩件之間摩擦攪拌加熱塑化它們使彼此擴(kuò)散重結(jié)晶結(jié)合起來(lái)，攪拌摩擦工具的肩部形成攪拌肩則與工件上表面摩擦攪拌也產(chǎn)生高熱，使它前面的材料也發(fā)生高熱塑性變形，隨著攪拌摩擦焊接工具的移動(dòng)，把塑性變形重結(jié)晶的材料后推沉積在攪拌摩擦工具的背后，并同時(shí)在它的壓力作用下形成焊縫實(shí)現(xiàn)被焊件互相結(jié)合。攪拌肩可防止塑性狀態(tài)的材料溢出，還可起到清除表面氧化膜的作用。在焊接過(guò)程中，工件應(yīng)剛性固定在背部墊板上。
Part 2
攪拌摩擦焊與CNC加工
由于焊接時(shí)會(huì)產(chǎn)生巨大的軸向頂鍛力和前進(jìn)抗力，同時(shí)焊接轉(zhuǎn)速也會(huì)進(jìn)一步增大，對(duì)機(jī)床和主軸的剛性和精度都提出了更高的要求，目前攪拌摩擦焊的機(jī)床仍以專(zhuān)機(jī)為主，配合機(jī)器人，但也有制造商開(kāi)始嘗試將攪拌摩擦焊與車(chē)銑加工結(jié)合在一起。
早在2014年，山崎馬扎克就開(kāi)發(fā)了首臺(tái)融合FSW的混合復(fù)合加工機(jī)VTC-530/20 FSW，將新一代摩擦攪拌焊接技術(shù)集成到馬扎克立式加工中心，實(shí)現(xiàn)了在同一臺(tái)機(jī)床上完成從金屬切削加工到金屬焊接的所有工序（DONE IN ONE）。
圖3：從切削到焊接的摩擦攪拌焊工序
咨詢(xún)馬扎克機(jī)床：15910974236
2015年，Stirweld公司開(kāi)發(fā)一款像角度頭一樣可安裝拆卸的攪拌摩擦焊接頭（如圖2的藍(lán)色部分）。通過(guò)專(zhuān)用的工具夾頭可安裝多種攪拌摩擦工具對(duì)工件進(jìn)行焊接熱加工，突破擴(kuò)大了數(shù)控機(jī)床只能冷加工的應(yīng)用范圍。它的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單能方便地安裝在工廠現(xiàn)有的數(shù)控機(jī)床上，因不需專(zhuān)用設(shè)備大大地降低了攪拌摩擦焊接設(shè)備投資成本。
圖2 在數(shù)控機(jī)床上安裝的攪拌摩擦焊接頭
恒輪在其2022年德國(guó)開(kāi)放日上展示了創(chuàng)新的攪拌摩擦焊技術(shù)。恒輪表示，未來(lái)將在所有四軸和五軸加工中心上實(shí)現(xiàn)攪拌摩擦焊功能。
咨詢(xún)恒輪機(jī)床：13522079385
Part 3
結(jié)語(yǔ)
由于新能源汽車(chē)消費(fèi)市場(chǎng)的高速增長(zhǎng)，動(dòng)力電池的市場(chǎng)需求也連帶強(qiáng)勁增長(zhǎng)，催生了動(dòng)力電池制造專(zhuān)機(jī)的市場(chǎng)，帶來(lái)了銅鋁復(fù)合摩擦焊接設(shè)備的市場(chǎng)需求。之前此類(lèi)專(zhuān)機(jī)均由進(jìn)口設(shè)備壟斷，現(xiàn)在國(guó)內(nèi)機(jī)床廠可以實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)，突破技術(shù)封鎖，實(shí)現(xiàn)了設(shè)備的自主可控，面向動(dòng)力電池行業(yè)，能夠?qū)崿F(xiàn)銅鋁復(fù)合極柱高效、穩(wěn)定且可靠的焊接加工，解決了國(guó)內(nèi)動(dòng)力電池結(jié)構(gòu)件廠家對(duì)此類(lèi)設(shè)備的迫切需求。
