何星
东莞信易电热机械有限公司
摘要：随着经济的发展和社会的进步，各行各业竞争日益激烈，本文对搅拌摩擦焊的研究现状作了介绍，总结了其问世以来20年的研究成果，涉及焊接材料、材料的塑性流动机理、焊接工艺参数、数值模拟、焊接设备及搅拌摩擦焊的新技术几方面，并对未来的研究方向作了探讨。
关键词：搅拌摩擦焊；应用现状；展望
引言
英国焊接研究所发明的搅拌摩擦焊（FrictionStirWelding，简称FSW），曾经于1991年获得世界范围内专利保护，它是一项非常奇特的新型固相焊接技术，也是焊接技术史上从发明到将其应用到工业中时间最短的一项焊接技术，其曾被称作是"世界焊接史上的第二次革命"。搅拌摩擦焊与其他传统的焊接技术相比较而言，其具有成本低廉、不会造成污染、焊接后变形较小以及高效等特点，这些特点是其他焊接技术无法企及的。搅拌摩擦焊的这些特性使其得到了广泛的应用，其主要应用于结构制造领域，例如航空、航天、汽车以及船舶等领域。基于此，文章将从焊接材料、工艺参数、焊接技术等原理对搅拌摩擦焊进行详细的研究分析，并且对搅拌摩擦焊未来的发展趋势进行探讨。
1典型材料的搅拌摩擦焊
铝合金作为FSW最先应用的焊接材料，也是近几年研究FSW涉及最多的材料。随着FSW技术的发展，现在可焊接的材料已扩展到镁合金、锌合金、铜合金以及不锈钢、非晶合金、复合材料等。同时由于其对材料的适应性很强，也可进行异种材料的焊接，目前研究较多的是镁-铝异种材料的焊接，其次铜-铝合金、铝-钢之间的焊接也都取得了很大的成果。对高熔点材料的FSW进行了研究，搅拌头材料为钨铼合金和多晶立方氮化硼，通过选用合适的焊接参数获得了微观组织与性能都良好的焊接接头。选用4mm厚铝合金5A06和工业紫铜T2为材料进行试验，成功实现了这两种性能差异较大的材料的对接。接头抗拉强度达到母材紫铜的74.6%，对试样进行拉伸试验，发现断裂多发生在前进侧的焊核区或热影响区，且断口宏观呈45°倾斜式和铝-铜交替层状断形貌，SEM微观形貌呈塑形韧窝状。用FSW成功实现了锆基块体非晶合金Zr55Cu30Al10Ni5及纯铜的连接，并对接头的显微组织及力学性能进行了研究。XRD显示接头中未出现晶化相。从焊接界面中心开始向搅拌区铜侧，出现了从细长晶粒到细化的等轴晶粒再到粗大的等轴晶粒的过渡微观结构。在拉伸试验中断裂发生在铜侧，抗拉强度为253MPa，达到纯铜的95%。采用FSW成功进行了树脂基复合材料及铝合金的搭接试样，并研究了轴肩下压量对接头成形及力学性能的影响。研究表明，采用合适的轴肩下压量，可获得材料在厚度方向的界面迁移，进而形成机械结合，实现可靠连接。但由于两种材料的物理性能差异较大，接头在冷却过程中会由于收缩变形不协调而产生微裂纹，导致接头强度降低。
2搅拌摩擦焊应用现状
2.1在航天航空中的应用
据记载，美国航天部门使用搅拌摩擦焊实现了铝合金燃料箱的焊接，这是传统的焊接技术无法企及的，并且后续发现使用FSW焊接技术的铝合金具有非常强的抗腐蚀性。除此之外，波音公司以及洛玛公司等均采用了搅拌摩擦焊实现了铝合金的焊接。在航空领域中，飞机制造零件的装配零件是采用了大量的铆接以及螺栓连接结构进行连接的。采用铆接技术的优势在于在有效降低结构的质量的同时可以有效的提高制造的速度。波音公司已经实现了难度非常大的曲线焊接，在战斗机的裙翼上成功实现了T形接头的搅拌摩擦焊连接。搅拌摩擦焊接为航天航空制造提供了一种非常有效的途径。
2.2在陆路交通中的应用
在陆路交通方面，搅拌摩擦焊技术主要应用于轨道列车、高速列车以及集装箱等方面。而搅拌摩擦焊在汽车方面则主要应用于底盘、引擎以及车身支架等零部件上。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆在陆路交通中搅拌摩擦焊的显著应用主要有：法国Alstom公司以及丹麦DanStir公司联合对于车辆零部件的搅拌焊接技术进行深入的研究。在单层以及双层挤压连接上，日立公司均成功的采用了搅拌摩擦焊技术。在列车制造领域，国内也获得了巨大的进展，例如，中国搅拌摩擦焊中心为北车集团长春客车交付了一台静龙门式搅拌摩擦焊设备，从而成功实现了车钩座的批量化焊接应用。
2.3在造船业中的应用
在造船业中，搅拌摩擦焊主要应用于拼板、甲板、侧板、防水壁板以及船体外壳、直升机降落平台等构件中。目前，搅拌摩擦焊已经代替了传统的船舶加强件结构的制造方式，其已经成为船舶业中一种非常普遍的技术。例如，在船舶轻合金预成形结构件中应用搅拌摩擦焊技术，不仅成本低和时间短，同时其在质量以及性能等方面却也不输其他传统的焊接技术。
3搅拌摩擦焊的展望
搅拌摩擦焊技术在国内已经得到迅速发展，并且在工业制造领域得到了广泛应用。但是，我们必须认识到，越是基本的制造方法对制造工业的影响范围越大、持续时间越长、作用力越强。搅拌摩擦焊作为一种基本的、新型的轻合金连接方法，将会对现代制造工业领域产生革命性的影响。但是要使这种连接新方法在中国得到进一步的发展和广泛的应用，并使之转化为市场化的工业产品的制造能力，提升中国制造产品的品质，还需要以科学发展观来引领和推动搅拌摩擦焊技术的进一步研究与发展。首先，搅拌摩擦焊的发展要适应中国国情，并把握技术内在发展趋势，在尊重搅拌摩擦焊发明专利知识产权的基础上，加强基础技术的探索性研究，加强专业化技术人才的培养。搅拌摩擦焊在世界舞台上亮相已经有近20年的时间，并且逐渐由方法研究、机理探索、工程化开发等阶段进入工业化应用阶段。现阶段我国制造工业对搅拌摩擦焊技术需求强烈，但是能够支持搅拌摩擦焊在国家级重大工程项目中应用的性能数据、技术条件、标准、装备和人才极其缺乏。尽管北京赛福斯特技术有限公司（中国搅拌摩擦焊中心）一枝独秀，在搅拌摩擦焊技术的研究、工程化开发、装备制造等方面全面发展，但是毕竟在资金、人力、研究条件等方面资源有限。面对一项革命性的技术，还需要发挥国家和社会的力量，鼓励和支持国内科研院所共同参与搅拌摩擦焊的基础技术和方法研究，促进搅拌摩擦焊基础技术的了解和掌握，并且培养出一定数量的专业化研究人员和工程技术人员。第二，搅拌摩擦焊的发展要加强核心技术的创新性发展。搅拌摩擦焊是一种多学科集成的新技术，涉及摩擦学、材料学、工程学、金属冶金、塑性加工和焊接等基础科学和工程科学。搅拌摩擦焊作为一种多学科交汇的新方法，可以发展出纵缝焊、环缝焊、无钥孔焊接、变截面焊接、自支撑双面焊接、空间3D曲线焊、搅拌摩擦点焊、回填式点焊、搅拌摩擦焊表面改性处理、搅拌摩擦焊超塑性材料加工等多种连接和加工方法和技术。这些新方法的发明和发展都需要研究人员和技术人员具有创新性和突破式的思维与观念。国家提出在未来20年内建立创新性国家的发展战略，但是一个国家和民族的创新性不仅仅表现在几个标志性的重大工程上，更重要地体现在原创性方法的发明和创造中。中国搅拌摩擦焊中心肩负着引领搅拌摩擦焊技术在中国发展的责任，因此一定要重视搅拌摩擦焊核心技术的开发和研究，加大新技术的研发力度。
结语
促进搅拌摩擦焊技术的进一步发展，推动它在中国工业制造领域的广泛应用是时代赋予我们这一代工程技术人员的使命与责任。时代要求我们要满怀信心，勇于担当。我国要发展成为制造强国和要创新性国家，在中国搅拌摩擦焊技术发展的晨曦中我们看到了希望的光芒。
参考文献
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论文作者:何星
论文发表刊物:《中国西部科技》2019年第23期
论文发表时间:2019/11/27
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