【摘要】：鑒于攪拌摩擦點焊受到國內(nèi)外越來越多學者的關注研究,本文在大量文獻分析的基礎上對攪拌摩擦點焊進行了分類和總結(jié)。詳細綜述了攪拌摩擦點焊的工藝方法、接頭組織和力學性能以及焊接過程數(shù)值模擬等方面的研究,歸納了該工藝在航空、航天和汽車領域的應用,最后,分析了攪拌摩擦點焊當前存在的主要問題。
【圖文】：

頂鍛壓力插入被焊工件，在壓力的作用下攪拌頭與工件摩擦產(chǎn)生熱量，使得焊點處的金屬軟化并被攪拌針剪切擠出；連接階段，攪拌頭持續(xù)轉(zhuǎn)動并完全插入工件，攪拌針帶動工件材料流動，軸肩使得被攪動的材料擠壓在焊點內(nèi)，并有部分材料擠出形成飛邊，摩擦產(chǎn)熱和攪拌頭的旋轉(zhuǎn)、擠壓作用使得工件材料充分流動并形成良好接頭；回撤階段，攪拌頭退出并在焊點處留下典型的“匙孔”［１３］。該種焊接工藝最主要的缺點是接頭存在“匙孔”，不僅影響接頭的完整性和美觀性，更重要的是會嚴重降低接頭的耐腐蝕性和力學性能。圖１ＦＳＳＷ工藝過程［１３］（ａ）壓入階段；（ｂ）連接階段；（ｃ）回撤階段Ｆｉｇ．１ＩｌｌｕｓｔｒａｔｉｏｎｏｆｔｈｅＦＳＳＷｐｒｏｃｅｓｓ［１３］（ａ）ｐｌｕｎｇｉｎｇ；（ｂ）ｂｏｎｄｉｎｇ；（ｃ）ｄｒａｗｉｎｇｏｕｔ因此，許多學者在傳統(tǒng)ＦＳＳＷ基礎上，在消除ＦＳＳＷ接頭固有的“匙孔”缺陷、提高接頭性能等方面做了大量工作。根據(jù)相關文獻報道，除了傳統(tǒng)的ＦＳＳＷ，，目前主要的ＦＳＳＷ形式為回填式、無針插入式和擺動式［１１］。１．１回填式回填式ＦＳＳＷ是由德國ＨＺＧ（原ＧＫＳＳ）研究中心于１９９９年發(fā)明的［１４］。其采用特殊的攪拌頭（圖２［１５］），通過精確控制攪拌頭各部件的相對運動，在攪拌頭回撤的同時填充攪拌頭在焊接過程中形成的“匙孔”缺陷�；靥钍剑疲樱樱椎臄嚢桀^主要由三部分組成，分別為最內(nèi)部的攪拌針（ｐｉｎ）、中間層的攪拌套（ｓｌｅｅｖｅ）以及最外層的壓緊套（ｃｌａｍｐｉｎｇｒｉｎｇ）。其中，壓緊套在焊接時固定，不發(fā)生旋轉(zhuǎn)，而中間層的

材料工程２０１５年４月圖３無針ＦＳＳＷ焊接過程［１９］（ａ）壓入階段；（ｂ）連接階段；（ｃ）回撤階段Ｆｉｇ．３ＩｌｌｕｓｔｒａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｐｉｎｌｅｓｓＦＳＳＷｐｒｏｃｅｓｓ［１９］（ａ）ｐｌｕｎｇｉｎｇ；（ｂ）ｂｏｎｄｉｎｇ；（ｃ）ｄｒａｗｉｎｇｏｕｔ結(jié)合較弱。１．３擺動式擺動式ＦＳＳＷ的主要特點：攪拌頭在插入待焊工件后，還能沿著預設的路徑移動，最后回到原點。該方法的優(yōu)點是增加了焊點接觸面積，從而提高點焊接頭的抗剪強度。但該工藝不能消除傳統(tǒng)ＦＳＳＷ工藝的“匙孔”問題，且在一些較精密的工件上，增大焊接區(qū)面積的方法可行性不足，具有一定的限制性。擺動式ＦＳＳＷ的運動是通過簡單的機械運動來實現(xiàn)的，ＴＷＩ利用ＥＳＡＢ點焊設備的ＣＮＣ程序來控制系統(tǒng)，使攪拌頭按圖４所示的路徑移動［２１］。其中下壓速率為６００ｍｍ／ｍｉｎ，復合運動周期為０．３ｓ，形成‘Ｓｑｕｉｒｃｌｅ’圖。從實驗得到的焊點橫截面中看出，焊接區(qū)域顯著增大。圖４擺動式ＦＳＳＷ（Ｃｏｍ－ｓｔｉｒＴＭ）的旋轉(zhuǎn)路線圖［２１］Ｆｉｇ．４ＩｌｌｕｓｔｒａｔｉｏｎｏｆｒｏｔａｔｉｎｇｐａｔｈｏｆｓｗｉｎｇＦＳＳＷｗｉｔｈＣｏｍ－ｓｔｉｒＴＭ［２１］１．４ＦＳＳＷ的其他新型工藝為了消除“匙孔”，學者們［２２－２５］采用一些新型ＦＳＳＷ工藝使材料再融合、攪動，回填到焊接區(qū)域。圖５為新型ＦＳＳＷ的過程示意圖［２３］。在第一步焊接過程中采用一種特殊設計的背部墊板，該種墊板有圓形的凹坑，焊接后接頭形成“匙孔”，并且，由于材料
【作者單位】： 西北工業(yè)大學凝固技術(shù)國家重點實驗室;
【分類號】：TG453.9

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本文編號：2528683