搅拌摩擦焊焊接工艺有哪些

搅拌摩擦焊（英文缩写：FSW）作为一种固相连接技术，与传统熔化焊相比，FSW无需添加焊丝、不需要保护气体，焊接过程无污染、无烟尘、无辐射，焊接接头残余应力低，因此具有焊接效率高、焊接变形小、能耗低、设备简单、焊接过程安全等一系列优点。经过20多年的发展，FSW已经在航空航天、轨道交通、舰船等领域得到了广泛应用；那么今天我们来再来详细了解下在实际加工过程中搅拌摩擦焊的焊接工艺有哪些？

首先介绍搅拌摩擦焊的技术原理

由高速旋转的搅拌头扎入被焊工件内，旋转的搅拌针与被焊材料发生摩擦并使其发生塑化，轴肩与工件表面摩擦生热并用于防止塑性状态的材料溢出。在焊接过程中，工件要刚性固定在背部垫板上，搅拌头边高速旋转边沿工件的接缝与工件相对移动，在搅拌头锻压力的作用下形成焊缝，最终实现被焊工件的冶金结合。搅拌摩擦焊的原理如下图所示。

搅拌摩擦焊工艺适用的焊接材料

搅拌摩擦焊广泛适用于各类材料，目前已成功实现了铝、镁等低熔点金属及合金、铜合金、钛合金、钢铁材料、金属基复合材料以及异种金属（铝/铜、铝/镁、铝/钢等）的焊接。

搅拌摩擦焊焊接工艺主要有双轴肩搅拌摩擦焊、静轴肩搅拌摩擦焊、搅拌摩擦点焊、恒压力搅拌摩擦焊、复合能场搅拌摩擦焊、搅拌摩擦增材制造。

双轴肩搅拌摩擦焊（缩写BT-FSW）与传统FSW相比，其搅拌头为上、下轴肩结构，两个轴肩通过搅拌针连接，下轴肩取代了传统FSW的背部刚性支撑垫板，对工件进行自支撑，实现中空部件的焊接。上、下双轴肩的结构在焊接过程中降低了接头厚度方向的温度梯度，减小了接头组织不均匀性，可实现根部全焊透的焊接。其焊接原理如下图所示。

（双轴肩搅拌摩擦焊工艺示意图一）（双轴肩搅拌摩擦焊工艺示意图二）

1.上轴肩2.前进侧3.熔合线4.后退侧

5.工件6.搅拌针7.下轴肩

静轴肩搅拌摩擦焊（缩写SS-FSW）采用轴肩与搅拌针分体式设计，在焊接过程中内部搅拌针处于旋转状态，而外部轴肩不转动，仅沿焊接方向行进。在常规FSW中，轴肩与被焊接材料之间的摩擦是主要的产热方式。相比之下，静轴肩搅拌摩擦焊由于内部搅拌针转动而外部轴肩不转动，所以搅拌针在摩擦生热和材料变形中起着重要的作用。

静轴肩搅拌摩擦焊的焊缝成形良好，表面粗糙度能达到母材的水平，并且可以实现角焊缝等非平面结构构件的搅拌摩擦焊接，如下图所示。

（静轴肩搅拌摩擦焊工艺示意图）

搅拌摩擦点焊与常规FSW原理相似，缺少了搅拌针与被焊工件相对移动产生焊缝的过程，取而代之的是，依靠旋转下压的搅拌头与工件接触摩擦产生热量，经充分搅拌后形成单个焊点。搅拌摩擦点焊可分为两类：传统直插式和回填式。

（搅拌摩擦焊点焊工艺示意图）

传统直插式搅拌摩擦点焊包括扎入、旋转、拔出三个过程，焊接完成后，在焊点处会留下一个匙孔。

恒压力搅拌摩擦焊工艺是指在焊接过程中主轴压力保持稳定，避免由于焊接面存在尺寸波动而导致焊接不良。

（恒压力搅拌摩擦焊工艺示意图）

回填式搅拌摩擦点焊采用特殊的焊接工具，包括搅拌针、搅拌套、压紧环。通过精确控制搅拌头各部件的相对运动，在搅拌针回撤的同时填充搅拌头在焊接过程中形成的匙孔缺陷。其焊接过程包括搅拌套扎入、搅拌针拔出、搅拌套拔出及搅拌针回填，最终得到表面平整的焊点。复合能场搅拌摩擦焊是指在焊接过程中施加额外的能量场（感应加热、激光、电弧、超声等），以达到降低焊接载荷，延长搅拌头寿命，改善焊缝组织，实现高熔点材料焊接等目的。

搅拌摩擦增材制造实质为多层材料的焊合叠加，其增材过程类似于FSW搭接，与搅拌摩擦增材制造搭接不同的是，搅拌摩擦增材制造是材料的多层多次搭接，是一个空间搭接的过程，包括垂直于搭接方向的横向增材和平行于材料厚度方向的增材，搅拌摩擦增材制造过程如下图所示。

其中目前市场应用最广的搅拌摩擦焊工艺有三种分别是：1、静轴肩搅拌摩擦焊

2、恒压力搅拌摩擦焊

3、搅拌摩擦点焊

下期我们来详细聊一下，这三种市面上常用的搅拌摩擦焊工艺的优缺点，希望帮助到更多该行业领域的人们能选择适合自己的搅拌摩擦焊工艺！

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