这些合金的化学性质凝固特性不好,容易产生凝固裂纹。为了发展合适的焊接工艺,不产生有裂纹的焊缝,必须掌握每种不同的合金的凝固裂纹敏感性。这一焊接发展工作从本身来说就是一个大工程。许多工作由铝母材制造商完成,因为他们方便知道铝的可靠焊接方法和工艺,同时也铝装配工完成,他们也知道这种新型材料的潜力,很希望使用它。美国焊接发展的两个先锋是ALCOA(美国铝公司)和Kaiser 铝化学公司,都有出版物;焊接ALCOA铝早在1954年出版(见图1),焊接Kaiser铝早在1967年出版。
搅拌摩擦焊技术是英国焊接研究所(The Welding Institute,简称 TWI)于1991年发明的,并于次年在英国申请了发明专利,同时陆续在世界各国申请了专利保护。得到专利保护并公开以来,搅拌摩擦焊技术首先并主要在铝合金、镁合金等轻金属结构领域得到越来越广泛的应用,同时在高熔点材料领域也获得了一定发展。
搅拌摩擦焊方法与常规摩擦焊一样。搅拌摩擦焊也是利用摩擦热与塑性变形热作为焊接热源。不同之处在于搅拌摩擦焊焊接过程是由一个圆柱体或其他形状(如带螺纹圆柱体)的搅拌针(welding pin)伸入工件的接缝处,通过焊头的高速旋转,使其与焊接工件材料摩擦,从而使连接部位的材料温度升高软化。同时对材料进行搅拌摩擦来完成焊接的。焊接过程如图《搅拌摩擦焊示意图》所示。在焊接过程中工件要刚性固定在背垫上,焊头边高速旋转,边沿工件的接缝与工件相对移动。焊头的突出段伸进材料内部进行摩擦和搅拌,焊头的肩部与工件表面摩擦生热,并用于防止塑性状态材料的溢出,同时可以起到清除表面氧化膜的作用。
搅拌摩擦焊也存在一定的缺点:
(1)焊接工件必须刚性固定,反面应有底板;
(2)焊接结束搅拌探头提出工件时,焊缝端头形成一个键孔,并且难以对焊缝进行修补;
(3)工具设计、过程参数和机械性能数据只在有限的合金范围内可得;
(4)在某种情况下,如特殊领域中要考虑腐蚀性能、残余应力和变形时,性能需进一步提高才可实际应用;
(5)对板材进行单道连接时,焊速不是很高;
(6)搅拌头的磨损消耗太快等。