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(shù)

產(chǎn)品隨大勢，才能夠得到更好地發(fā)展，隨著新興領(lǐng)域的沖擊，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(chǎn)中碰到的一系列問題，例如新能源汽車電池冷板、電機控制器殼體、電機殼體、Pack箱體、異形蓋板等零部件焊接. 博威模具于2017年引進了攪拌摩擦焊工藝，并投入生產(chǎn)新能源汽車核心部件水冷電機殼體的生產(chǎn)，讓新能源電機在市場上占有較高的競爭優(yōu)勢.

攪拌摩擦焊

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

攪拌摩擦焊發(fā)展歷史

攪拌摩擦焊技術(shù)是英國焊接研究所（The Welding Institute，簡稱 TWI）于1991年發(fā)明的，并于次年在英國申請了發(fā)明專利，同時陸續(xù)在世界各國申請了專利保護。得到專利保護并公開以來，攪拌摩擦焊技術(shù)首先并主要在鋁合金、鎂合金等輕金屬結(jié)構(gòu)領(lǐng)域得到越來越廣泛的應(yīng)用，同時在高熔點材料領(lǐng)域也獲得了一定發(fā)展。

攪拌摩擦焊除了具有普通摩擦焊技術(shù)的優(yōu)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(yè)設(shè)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御實驗室引進了攪拌摩擦焊技術(shù)，用于焊接某些火箭部件；麥道公司也把這種技術(shù)用于制造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(guī)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。不同之處在于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(zhuǎn)，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(zhuǎn)，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(nèi)部進行摩擦和攪拌，焊頭的肩部與工件表面摩擦生熱，并用于防止塑性狀態(tài)材料的溢出，同時可以起到清除表面氧化膜的作用。 [1] 在焊接過程中，攪拌針在旋轉(zhuǎn)的同時伸入工件的接縫中，旋轉(zhuǎn)攪拌頭（主要是軸肩）與工件之間的摩擦熱，使焊頭前面的材料發(fā)生強烈塑性變形，然后隨著焊頭的移動，高度塑性變形的材料逐漸沉積在攪拌頭的背后，從而形成攪拌摩擦焊焊縫。攪拌摩擦焊對設(shè)備的要求并不高，最基本的要求是焊頭的旋轉(zhuǎn)運動和工件的相對運動，即使一臺銑床也可簡單地達到小型平板對接焊的要求。但焊接設(shè)備及夾具的剛性是極端重要的。攪拌頭一般采用工具鋼制成，焊頭的長度一般比要求焊接的深度稍短。應(yīng)該指出，攪拌摩擦焊縫結(jié)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(fā)成功，焊后不會留下焊接匙孔。

攪拌摩擦焊優(yōu)點

攪拌摩擦焊的主要優(yōu)點如下：
(1)焊接接頭熱影響區(qū)顯微組織變化小．殘余應(yīng)力比較低，焊接工件不易變形；
(2)能一次完成較長焊縫、大截面、不同位置的焊接．接頭高：
(3)操作過程方便實現(xiàn)機械化、自動化，設(shè)備簡單，能耗低，功效高，對作業(yè)環(huán)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、無污染、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，反面應(yīng)有底板；
（2）焊接結(jié)束攪拌探頭提出工件時，焊縫端頭形成一個鍵孔，并且難以對焊縫進行修補；
（3）工具設(shè)計、過程參數(shù)和機械性能數(shù)據(jù)只在有限的合金范圍內(nèi)可得；
（4）在某種情況下，如特殊領(lǐng)域中要考慮腐蝕性能、殘余應(yīng)力和變形時，性能需進一步提高才可實際應(yīng)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(yīng)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，由于攪拌摩擦焊接時的溫度相對較低，因此焊接后結(jié)構(gòu)的殘余應(yīng)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(jié)構(gòu)的平面外變形是非常明顯的，無論是采用無變形焊接技術(shù)還是焊后冷、熱校形技術(shù)，都是很麻煩的，而且增加了結(jié)構(gòu)的制造成本。

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(guān)。當然，這也和有色金屬熔化焊接相對困難有關(guān)，迫使人們在有色金屬焊接時尋找非熔化的焊接方法。對于延性好、容易發(fā)生塑性變形的黑色材料，經(jīng)輔助加熱或利用其超塑性，也有可能實現(xiàn)攪拌摩擦焊，但這就要看熔化焊和攪拌摩擦焊哪個技術(shù)經(jīng)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(yīng)用，但由于焊接方法特點的限制，僅限于結(jié)構(gòu)簡單的構(gòu)件，如平直的結(jié)構(gòu)或圓筒形結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(huán)境的污染小。焊前工件無需嚴格的表面清理準備要求，焊接過程中的摩擦和攪拌可以去除焊件表面的氧化膜，焊接過程中也無煙塵和飛濺．同時噪聲低。由于攪拌摩擦焊僅僅是靠焊頭旋轉(zhuǎn)并移動，逐步實現(xiàn)整條焊縫的焊接，所以比熔化焊甚至常規(guī)摩擦焊更節(jié)省能源。

由于攪拌摩擦焊過程中熱輸入相對于熔焊過程較小，接頭部位不存在金屬的熔化，是一種固態(tài)焊接過程，在合金中保持母材的冶金性能，可以焊接金屬基復(fù)合材料、快速凝固材料等采用熔焊會有不良反應(yīng)的材料。

攪拌摩擦焊發(fā)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(xiàn)將使鋁合金等有色金屬的連接技術(shù)發(fā)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?，F(xiàn)如今在英、美等國正進行鋅、銅、鈦、低碳鋼、復(fù)合材料等的攪拌摩擦焊接。攪拌摩擦焊在航空航天工業(yè)領(lǐng)域有著良好的應(yīng)用前景。