博威攪拌摩擦焊工藝

新能源汽車核心零部件革命性的焊接技術

產品隨大勢，才能夠得到更好地發展，隨著新興領域的衝擊，新能源汽車零配件的需求也將不斷的增加。攪拌摩擦焊解決了新能源汽車零配在生產中碰到的一係列問題，例如新能源汽車電池冷板、電機控製器殼體、電機殼體、Pack箱體、異形蓋板等零部件焊接. 博威模具於2017年引進了攪拌摩擦焊工藝，並投入生產新能源汽車核心部件水冷電機殼體的生產，讓新能源電機在市場上占有較高的競爭優勢.

攪拌摩擦焊

攪拌摩擦焊是指利用高速旋轉的焊具與工件摩擦產生的熱量使被焊材料局部熔化，當焊具沿著焊接界麵向前移動時，被塑性化的材料在焊具的轉動摩擦力作用下由焊具的前部流向後部，並在焊具的擠壓下形成致密的固相焊縫。

攪拌摩擦焊發展曆史

攪拌摩擦焊技術是英國焊接研究所（The Welding Institute，簡稱 TWI）於1991年發明的，並於次年在英國申請了發明專利，同時陸續在世界各國申請了專利保護。得到專利保護並公開以來，攪拌摩擦焊技術首先並主要在鋁合金、鎂合金等輕金屬結構領域得到越來越廣泛的應用，同時在高熔點材料領域也獲得了一定發展。

攪拌摩擦焊除了具有普通摩擦焊技術的優點外，還可以進行多種接頭形式和不同焊接位置的連接。挪威已建立了世界上第一個攪拌摩擦焊商業設備，可焊接厚3—15mm、尺寸6×16的Al船板；1998年美國波音公司的空間和防禦實驗室引進了攪拌摩擦焊技術，用於焊接某些火箭部件；麥道公司也把這種技術用於製造Delta運載火箭的推進劑貯箱。

攪拌摩擦焊原理

攪拌摩擦焊方法與常規摩擦焊一樣。攪拌摩擦焊也是利用摩擦熱與塑性變形熱作為焊接熱源。不同之處在於攪拌摩擦焊焊接過程是由一個圓柱體或其他形狀（如帶螺紋圓柱體）的攪拌針(welding pin)伸入工件的接縫處，通過焊頭的高速旋轉，使其與焊接工件材料摩擦，從而使連接部位的材料溫度升高軟化。同時對材料進行攪拌摩擦來完成焊接的。焊接過程如圖所示。在焊接過程中工件要剛性固定在背墊上，焊頭邊高速旋轉，邊沿工件的接縫與工件相對移動。焊頭的突出段伸進材料內部進行摩擦和攪拌，焊頭的肩部與工件表麵摩擦生熱，並用於防止塑性狀態材料的溢出，同時可以起到清除表麵氧化膜的作用。 [1] 在焊接過程中，攪拌針在旋轉的同時伸入工件的接縫中，旋轉攪拌頭（主要是軸肩）與工件之間的摩擦熱，使焊頭前麵的材料發生強烈塑性變形，然後隨著焊頭的移動，高度塑性變形的材料逐漸沉積在攪拌頭的背後，從而形成攪拌摩擦焊焊縫。攪拌摩擦焊對設備的要求並不高，最基本的要求是焊頭的旋轉運動和工件的相對運動，即使一台銑床也可簡單地達到小型平板對接焊的要求。但焊接設備及夾具的剛性是極端重要的。攪拌頭一般采用工具鋼製成，焊頭的長度一般比要求焊接的深度稍短。應該指出，攪拌摩擦焊縫結束時在終端留下個匙孔。通常這個匙孔可以切除掉，也可以用其它焊接方法封焊住。針對匙孔問題，已有伸縮式攪拌頭研發成功，焊後不會留下焊接匙孔。

攪拌摩擦焊優點

攪拌摩擦焊的主要優點如下：
(1)焊接接頭熱影響區顯微組織變化小．殘餘應力比較低，焊接工件不易變形；
(2)能一次完成較長焊縫、大截麵、不同位置的焊接．接頭高：
(3)操作過程方便實現機械化、自動化，設備簡單，能耗低，功效高，對作業環境要求低：
(4)無需添加焊絲，焊鋁合金時不需焊前除氧化膜，不需要保護氣體，成本低；
(5)可焊熱裂紋敏感的材料，適合異種材料焊接：
(6)焊接過程安全、無汙染、無煙塵、無輻射等。

攪拌摩擦焊缺點

攪拌摩擦焊也存在一定的缺點：
（1）焊接工件必須剛性固定，反麵應有底板；
（2）焊接結束攪拌探頭提出工件時，焊縫端頭形成一個鍵孔，並且難以對焊縫進行修補；
（3）工具設計、過程參數和機械性能數據隻在有限的合金範圍內可得；
（4）在某種情況下，如特殊領域中要考慮腐蝕性能、殘餘應力和變形時，性能需進一步提高才可實際應用；
（5）對板材進行單道連接時，焊速不是很高；
（6）攪拌頭的磨損消耗太快等。

攪拌摩擦焊應用

焊接過程中也不需要其它焊接消耗材料，如焊條、焊絲、焊劑及保護氣體等。唯一消耗的是焊接攪拌頭。

同時，由於攪拌摩擦焊接時的溫度相對較低，因此焊接後結構的殘餘應力或變形也較熔化焊小得多。特別是Al合金薄板熔化焊接時，結構的平麵外變形是非常明顯的，無論是采用無變形焊接技術還是焊後冷、熱校形技術，都是很麻煩的，而且增加了結構的製造成本。

攪拌摩擦焊主要是用在熔化溫度較低的有色金屬，如Al、cu等合金。這和攪拌頭的材料選擇及攪拌頭的工作壽命有關。當然，這也和有色金屬熔化焊接相對困難有關，迫使人們在有色金屬焊接時尋找非熔化的焊接方法。對於延性好、容易發生塑性變形的黑色材料，經輔助加熱或利用其超塑性，也有可能實現攪拌摩擦焊，但這就要看熔化焊和攪拌摩擦焊哪個技術經濟指標更合理來決定。

攪拌摩擦焊在有色金屬的連接中已獲得成功的應用，但由於焊接方法特點的限製，僅限於結構簡單的構件，如平直的結構或圓筒形結構的焊接，而且在焊接過程中工件要有良好的支撐或襯墊。原則上，攪拌摩擦焊可進行多種位置焊接，如平焊，立焊，仰焊和俯焊；可完成多種形式的焊接接頭，如對接、角接和搭接接頭，甚至厚度變化的結構和多層材料的連接，也可進行異種金屬材料的焊接。

另外，攪拌摩擦焊作為一種固相焊接方法，焊接前及焊接過程中對環境的汙染小。焊前工件無需嚴格的表麵清理準備要求，焊接過程中的摩擦和攪拌可以去除焊件表麵的氧化膜，焊接過程中也無煙塵和飛濺．同時噪聲低。由於攪拌摩擦焊僅僅是靠焊頭旋轉並移動，逐步實現整條焊縫的焊接，所以比熔化焊甚至常規摩擦焊更節省能源。

由於攪拌摩擦焊過程中熱輸入相對於熔焊過程較小，接頭部位不存在金屬的熔化，是一種固態焊接過程，在合金中保持母材的冶金性能，可以焊接金屬基複合材料、快速凝固材料等采用熔焊會有不良反應的材料。

攪拌摩擦焊發展前景

　　攪拌摩擦焊工藝是自激光焊接問世以來最引人注目的焊接方法。它的出現將使鋁合金等有色金屬的連接技術發生重大變革。用攪拌摩擦焊方法焊接鋁合金取得了很好的效果。現如今在英、美等國正進行鋅、銅、鈦、低碳鋼、複合材料等的攪拌摩擦焊接。攪拌摩擦焊在航空航天工業領域有著良好的應用前景。