在发现生产铝这种节约成本的材料的合适方法后,下一步就是对这种基础材料进行加工和改良。
纯铝有一些独特而重要的特征。举个例子,防腐性和电导性。但是,由于纯铝承载率相对较低,所以不是进行结构焊接装配的材料。人们很快发现,在纯铝中添加相对小量的合金元素,铝的特性会发生很大改变。生产批铝合金,其中之一就是铝-铜合金。1910年左右,发现合金家族中的沉淀物硬化现象。许多这些沉淀物硬化合金在发展中的飞机业产生的效益立竿见影。紧跟着铝-铜合金,许多其它合金也发展起来。研究发现,通过加入像铜(Cu),锰(Mn), 镁(Mg),硅(Si)和锌(Zn)和这些元素的混合物,纯铝的各种物理和机械特征发生了明显的变化。许多这些新合金都能匹配质量好的碳钢的承载力——三分之一的重量。
搅拌摩擦焊的主要优点如下:
(1)焊接接头热影响区显微组织变化小.残余应力比较低,焊接工件不易变形;
(2)能一次完成较长焊缝、大截面、不同位置的焊接.接头高:
(3)操作过程方便实现机械化、自动化,设备简单,能耗低,功效高,对作业环境要求低:
(4)无需添加焊丝,焊铝合金时不需焊前除氧化膜,不需要保护气体,成本低;
(5)可焊热裂纹敏感的材料,适合异种材料焊接:
(6)焊接过程、无污染、无烟尘、无辐射等。
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。
搅拌摩擦焊在有色金属的连接中已获得成功的应用,但由于焊接方法特点的限制,于结构简单的构件,如平直的结构或圆筒形结构的焊接,而且在焊接过程中工件要有良好的支撑或衬垫。原则上,搅拌摩擦焊可进行多种位置焊接,如平焊,立焊,仰焊和俯焊;可完成多种形式的焊接接头,如对接、角接和搭接接头,甚至厚度变化的结构和多层材料的连接,也可进行异种金属材料的焊接。