你知道什么是搅拌摩擦焊吗？

搅拌摩擦焊（Friction Stir Welding，FSW）是一种新型的固相连接技术。

一、基本原理

1. 焊接过程

• 搅拌摩擦焊主要依靠搅拌头在待焊接材料之间旋转和移动来实现焊接。搅拌头通常由轴肩和搅拌针组成。在焊接时，搅拌头高速旋转插入待焊接的两块板材之间的对接缝处。轴肩与工件表面紧密接触，搅拌针在板材的界面处搅拌。

• 搅拌头的旋转会产生摩擦热，这种摩擦热使材料软化（但仍处于固态）。在搅拌头沿着焊接方向移动的过程中，软化的材料被搅拌针搅拌并在搅拌头的压力作用下从搅拌头的前方转移到后方，同时在搅拌头的后方材料冷却凝固，从而形成高质量的焊接接头。

2. 热量产生机制

• 摩擦热主要来源于搅拌头与工件材料之间的摩擦。轴肩与工件表面的摩擦力和搅拌针与工件内部材料的摩擦力是热量产生的主要因素。这种热量产生方式与传统的熔化焊不同，熔化焊是通过电弧或火焰等外部热源将材料熔化来焊接，而搅拌摩擦焊是利用材料自身的摩擦产生热量，避免了熔化和凝固过程中可能出现的气孔、裂纹等缺陷。

二、优点

1. 焊接质量高

• 由于是固相焊接，不会产生熔化焊接时常见的气孔、凝固裂纹等缺陷。焊接接头的强度可以达到甚至超过母材的强度。例如，在铝合金焊接中，搅拌摩擦焊后的接头强度系数（接头强度与母材强度之比）可以达到 0.8 - 0.95 左右，这对于一些对结构强度要求较高的航空航天、汽车等领域非常重要。

2. 适用范围广

• 可以焊接多种材料，尤其是对于铝合金等轻金属材料的焊接效果。也能用于镁合金、铜合金等材料的焊接。并且能够实现不同厚度材料之间的焊接，例如，可以将厚度为 2mm 和 4mm 的铝合金板材有效地焊接在一起。

3. 环境友好

• 与传统焊接方法相比，搅拌摩擦焊不需要使用焊条、焊丝等填充材料（在某些特殊情况下可能需要少量填充材料），也不会产生大量的焊接烟尘、飞溅等。这不仅减少了材料的消耗，还降低了对环境的污染和对操作人员健康的危害。

三、缺点及局限性

1. 设备要求高

• 搅拌摩擦焊设备相对复杂，需要有高精度的旋转和进给控制系统。搅拌头的设计和制造也比较复杂，其材料通常需要具备高硬度、高耐磨性和良好的高温性能等特点，以适应焊接过程中的恶劣条件。这些因素导致设备的成本较高，限制了其在一些小型企业或低成本生产场合的应用。

2. 焊接形式受限

• 搅拌摩擦焊主要适用于平板对接、T 形接头等简单几何形状的焊接。对于一些复杂的三维空间曲线焊缝，虽然也有一些研究和应用，但在技术上还存在一定的难度，不如传统焊接方法灵活。

四、应用领域

1. 航空航天领域

• 在飞机制造中，大量使用铝合金材料来减轻飞机重量。搅拌摩擦焊可以用于机翼、机身等结构部件的制造，如焊接机翼的蒙皮和桁条。波音公司和空客公司都在部分飞机型号的生产中采用了搅拌摩擦焊技术，提高了飞机结构的整体性和可靠性。

2. 汽车制造领域

• 用于汽车车身框架、发动机支架等部件的焊接。例如，一些铝合金汽车车身的连接采用搅拌摩擦焊可以提高车身的强度和抗碰撞性能，同时减轻车身重量，有助于汽车的节能减排。

3. 船舶制造领域

• 在船舶铝合金上层建筑等部件的焊接中发挥作用。能够有效提高焊接质量，减少焊接变形，提高船舶的建造质量和安全性。