在節(jié)能、環(huán)保的大背景下，汽車、飛機、船舶逐漸向輕量化的方向發(fā)展，以鋁合金為的輕合金由于具有密度低、比剛度高、耐腐蝕性強、加工性能好等優(yōu)良特性，逐步取代鋼鐵成為了運輸機械的主要結構材料。隨著2xxx系和7xxx系等高性能鋁合金的相繼問世，各國都在大力推動鋁合金加工成形技術的研究與發(fā)展。在鋁合金結構傳統焊接過程中，由于其熱膨脹系數大，焊接時極易產生變形，為了防止變形，在施工現場，必須采用胎卡具固定，同時由培訓過的熟練工人進行操作。且鋁合金極易被空氣氧化，焊接之前需要對外表進行去膜處理，焊接過程中需要利用氬氣等惰性氣體進行保護，鋁合金在焊接過程中容易產生氣孔、熱裂紋等缺陷。對于熱處理型鋁合金來說，必須防止在焊接時熱影響區(qū)產生軟化，強度降低的問題。為了解決鋁合金焊接時出現以上的問題，研究人員提出了一種新的固相焊接方法：攪拌摩擦焊。攪拌摩擦焊是利用摩擦熱作為焊接熱源的一種固相焊接方法，攪拌摩擦焊接過程如圖3所示，在進行攪拌摩擦焊接時，首先將焊件固定在工作平臺上，兩焊件之間盡量無間隙，然后，焊頭高速旋轉并將焊針鉆入焊件的接縫處，直至軸肩與焊件表面緊密接觸，焊針高速旋轉，焊針與其周圍母材摩擦產生的熱量和焊頭的軸肩與焊件表面摩擦產生的熱量共同作用，接縫處材料溫度升高且軟化，同時，攪拌摩擦焊頭邊旋轉邊沿著接縫與焊件作相對運動，焊頭前面的材料發(fā)生強烈的塑性變形。隨著攪拌焊頭向前移動，前沿高度塑性變形的材料被擠壓到攪拌焊頭的背后。在攪拌焊頭與焊件表面摩擦生熱和鍛壓共同作用下，形成致密牢固的固相焊接接頭。攪拌摩擦焊(FSW)焊接接頭的微觀組織與力學性能有著緊密聯系，根據塑性變形程度和熱作用的不同可以將焊接區(qū)域劃分為四個區(qū)域：焊核區(qū)(nuggestzone, NZ)、熱力影響區(qū)(thermo-mechanicallyaffected zone, TMAZ)、熱影響區(qū)(heataffected zone,HAZ)和母材區(qū)(basedmaterial,BM)。如圖4所示，D區(qū)域為焊核區(qū)，該區(qū)域位于焊縫中心靠近攪拌針插入的位置，經歷了高溫、應變后，焊核的中心發(fā)生了強烈的變形。應變導致焊核區(qū)在焊接過程中發(fā)生了動態(tài)再結晶，并導致該區(qū)出現高密度的沉淀相，從而有利于抑制焊接過程中晶粒的長大。焊核區(qū)一般由細小的等軸再結晶組織構成。在焊接過程中，材料與攪拌針之間的相互作用導致焊核區(qū)出現同心環(huán)(洋蔥環(huán)組織)。C區(qū)為熱力影響區(qū)，該區(qū)域是一個過渡區(qū)域，材料已產生了一定程度的塑性變形，同時又受到了焊接溫度場的影響。B區(qū)為熱影響區(qū)，該區(qū)域的材料因受焊接熱循環(huán)的影響，微觀組織和力學性能均發(fā)生了改變，但該區(qū)域材料沒有產生塑性變形，其組織與母村組織無明顯的區(qū)別，只是消除了方向性很強的柱狀晶結構，熱影響區(qū)的寬度比熔焊時窄很多。D區(qū)為接頭中無熱作用也無塑性變形的母材區(qū)。
優(yōu)點：
1.焊縫質量好。焊縫是在塑性狀態(tài)下受擠壓完成的，屬于固相焊接，因而其接頭不會產生與冶金凝固有關的一些如裂紋、夾雜、氣孔以及合金元素的燒損等熔焊缺陷和脆化現象，焊縫性能接近母材，力學性能優(yōu)異。
2.不需焊絲和保護氣氛。焊接時無需填充材料、保護氣體，焊前無需對焊件表面預處理，焊接過程中無需施加保護措施，厚大焊件邊緣不用加工坡口，簡化了焊接工序。焊接鋁合金材料不用去氧化膜，只需去除油污即可。
3.焊件尺寸精度高。由于攪拌摩擦焊為固相焊接，其加熱過程具有能量密度高、熱輸入速度快等特點，因而焊接變形小，焊后殘余應力小。在保證焊接設備具有足夠大的剛度、焊件裝配定位精確以及嚴格控制焊接參數的條件下，焊件的尺寸精度能夠達到很高的水平。
4.綠色焊接。攪拌摩擦焊焊接過程不產生弧光輻射、煙塵和飛濺，噪聲低，實現了焊接過程的環(huán)?；?，因而攪拌摩擦焊被稱為“綠色焊接方法”。


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