搅拌摩擦焊接技术在汽车制造中的应用研究
搅拌摩擦焊接技术在汽车制造中的应用研究
的挤压成型件。随着挤压成型件尺寸的加大，以及单 位质量的成本增加、制造误差增大，直接制造大型的 挤压成型件从成本上及使用上已不能满足要求。
而ＦＳＷ技术为大型铝合金型材的制造提供了 一种可选方案。美国Ｔｏｗｅｒ汽车公司已经采用ＦＳＷ 技术将２块小型的挤压成型件拼接成汽车后桥零件 （图４）Ｈ ３Ｉ。因福特公司发现原林肯轿车上使用的后 桥零件达不到耐久性要求，后桥上层板的轴衬磨损 比较严重，为此Ｔｏｗｅｒ汽车公司提出了采用ＦＳＷ技 术将２块相同的１ ｍ长挤压成型件沿中间对接缝焊 接在一起的方法。该零件从设计到制造仅用了６个 月，且比福特公司要求的耐用性更好。
倒６米用ｆ１ＳＷ技术焊接的泡沫铝板焊缝组织
４搅拌摩擦点焊
搅拌摩擦点焊是为了弥补传统电阻点焊技术的 不足，是由Ｓａｋａｎｏ等人［１７。在ＦＳＷ技术基础上发展 起来的新型焊接技术。目前该技术主要用于汽车领 域，如日本马自达公司已将该技术用于“马自达 ＲＸ一８”型车后门框的焊接”引（图７）。
图５焊接板料中不等厚接头的ＦＳＷ捍接 Ｔｏｗｅｒ汽车公司参加了福特公司组织的采用铝 合金拼焊板料的可行性研究计划，并按要求采用 ＦＳＷ技术生产了ｌ ０００套拼焊板料白车身。
１４ Ｋａｌｌｅｅ Ｓｔｅｐｈａｎ ｅｔ ａ１．Ｆｒｉｃｔｉｏｎ Ｓｔｉｒ Ｗｅｌｄｉｎｇ ｉｎ ｔ｝ｌｅ Ａｕｔｏｍｏｔｉｖｅ Ｂｏｄｙ ｉｎ Ｗｈｉｔｅ Ｐｍｄｕｃｔｉｏｎ．１ ｓｔ Ｉｎｔ．Ｓｙｍ．Ｏｎ ＦＨｃｔｉｏｎ Ｓｔｉｒ Ｗｅｌｄ· ｉｎｇ，Ｔｈｏｕｓａｎｄ ０ａｋｓ，ＣＡ，１４一１６ Ｊｕｎｅ，１９９９．
Ｌ０ｎｄｏｎ．２４（５），２００１．
８ ＣｏＩｅｇｒｏｖｅ Ｐ．Ｓｔｅａｄｙ Ｓｔａｔｅ ａｎｄ ７Ｉｈｎｓｉｅｎｔ Ｔｈｅ珊ａｌ ＭｏｄｅＩｉｎｇ ｏｆ ７Ｉｈｉｃｋ Ｓｅｃｔｉｏｎ Ｆｒｉｃｔｉｏｎ Ｓｔｉｒ Ｗｅｌｄｅｄ Ａ１ｕｍｉｎｉｕｍ ａｌｌｏｙｓ．Ａｕｓｔｒａｌ－ ｉａ，２０００（１１）
汽车制造新技术——搅拌摩擦焊
图１ 搅拌摩擦焊工作原理图２ 铸造铝合金和６ｍｍ铝合ＦＳＷ接头６ｍｍ ６０８２铝合金板材铸造铝合金对于焊接材料而言，搅拌摩擦焊可以焊接所有牌号的铝合金，包括可以熔焊的５０００、６０００系列铝合金和熔焊难以焊接的２０００、７０００和铝锂合金材料；同时搅拌摩擦焊还可以实现不同种材料的连接。
正常情况下，搅拌摩擦焊不需要焊丝和保护气，焊接过程消耗较少。
焊接接头强度可以达到母材金属的８０％以上。
搅拌摩擦焊目前可以实现所有的熔焊焊接结构，通过搅拌摩擦焊设备，可以实现１Ｄ、２Ｄ和３Ｄ结构的焊接。
并且由于焊透控制可以通过搅拌头来保证，所以迄今搅拌摩擦焊最大焊接深度还没有得到定义，图３为英国焊接研究所焊接的１００ｍｍ厚度的搅拌摩擦焊接头。
图３ ＴＷＩ焊接的厚度为１００ｍｍ的搅拌摩擦焊接头汽车铝合金材料汽车通常选用能够大批量制造的商业化金属材料制造，使用比较普遍的一种是薄板低碳钢，另一种是铝合金。
铝合金材料很早就在国外越野汽车如ＬＡＮＤ ＲＯＶＥＲ、运动赛车和高档轿车奥迪中使用， 并且由于汽车发展轻量化趋势的要求，铝合金在汽车中的使用越来越多，有资料显示，铝合金代替传统的钢铁制造汽车可使整车重量减轻３０％～４０％，制造发动机可减轻３０％，制造缸体和缸盖可减轻３０％～４０％，制造车轮可减轻５０％。
图４为美国福特公司２００５年利用搅拌摩擦焊汽车焊接Automobile Welding挪威Ｈｙｄｒｏ Ａｌｕｍｉｎｕｍ公司首先利用搅拌摩擦焊实现了铝合金汽车轮毂的搅拌摩擦焊制造，如图６所示，即利用铝合金板材搅拌摩擦焊成为筒体结构，再利用液压滚压成形技术压制成设计形状，然后再利用搅拌摩擦焊将锻压或铸造轮副连接在轮鼓上，这种制造工艺既减轻了轮箍重量也简化了生产成本和提高生产效率。
目前，该技术已经在日本、澳大利亚和中国等地投入批量化铝合金轮毂生产。
汽车悬挂臂目前已经实现搅拌摩擦焊制造，如图７ａ所示，日本Ｓｈｏｗａ Ａｌｕｍｉｎｕｍ和Ｔｏｋａｉ Ｒｕｂｂｅｒ公司在２００４年就利用搅拌摩擦焊把挤压型材制造的悬挂头与直径２０～３０ｍｍ的铝合金管材焊在一起，实现汽车悬挂系统铝合金悬臂搅拌摩擦焊批量化制造。
摩擦焊接技术在汽车制造中的应用
摩擦焊接技术在汽车制造中的应用随着汽车制造工艺的不断进步和发展，摩擦焊接技术作为新兴的装配工艺逐渐受到了广泛的关注和应用。
它是一种无需加热的焊接工艺，能够在不破坏物料组织的情况下将两个金属材料牢固地连接在一起，其可靠程度可以与传统焊接技术相当，甚至更胜一筹。
摩擦焊接技术的原理摩擦焊接的原理是利用特殊的设备，在两个金属材料表面之间施加压力，同时旋转其中的一个部分，使它与另一个部分发生磨损产生热量，达到材料的塑性状态，再通过压力的作用力使它们紧密结合在一起。
基本上就是旋转摩擦产生的热量熔化了接触面，通过施加压力将接触面结合在一起，从而达到焊接的效果。
摩擦焊接在汽车制造中的应用摩擦焊接技术在汽车制造中的应用非常广泛，因为它有很多独特的优势。
1. 减少重量摩擦焊接可以制造出轻量化的汽车，可以降低燃油消耗和二氧化碳排放，从而对环境产生更少的影响。
在汽车轻量化方面，摩擦焊接能够更好地满足欧洲和美国的法规要求，特别是对于减少碳排放和提高燃油效率的要求。
2. 确保高质量的焊接摩擦焊接技术可以用于焊接各种材料，包括高强度钢、铝和铜等。
由于摩擦焊接过程中不需要加热，因此可以避免焊接时产生的变形和脆化问题，从而达到高质量的焊接效果。
这使得摩擦焊接在汽车制造中逐渐成为一种可靠的工艺。
3. 提高生产效率摩擦焊接是一种自动化生产的工艺，可以在较短时间内完成大量的生产工作，能够提高生产效率。
与传统的焊接工艺相比，摩擦焊接可以节省相当多的时间和成本，同时进一步提高产品质量。
4. 增强汽车的安全性摩擦焊接可以为汽车零部件提供很高的安全性和可靠性。
通过使用不同的焊接设备，可以在保证质量的同时，将汽车的各个部件焊接在一起，并使它们拥有更强的抗拉强度和抗剪强度，从而达到提高汽车安全性的目的。
总结既然摩擦焊接技术在汽车制造中具有如此多的优点，那么为什么不全力发挥其优势呢？摩擦焊接技术的应用不仅可以提高汽车制造的效率，降低成本，同时还能够改善汽车的性能，提高汽车的安全性。
搅拌摩擦点焊技术及在汽车工业应用前景
成 本 低 等 优 势 对搅 拌 摩 擦 点 焊 的 基 本 原理 、 艺特 点及 在 汽 车 ． 业 Ｌ 的应 用 现 状 搜 前景 进行 ｒ刚述 ， 工 Ｔ ｝ Ｉ 、
义
搅拌摩擦点焊
（ ｒ ｔ ｎ Ｓｉ Ｓ） ｌｉｇ Ｆｉ ｉ Ｌ・ ｔ ｔＷｅｄｎ ， ｃｏ Ｉ ｏ
业 发 展 的主要方 向 。采用 铝合 金车 体是 实现汽 车轻 苗 化最有效 的措 施 ，而 铝合金 的 连接是 实现车 体组
装 的关键技 术 。
ＦＳ ） 在“ 性” ＳＷ 是 线 搅拌 摩擦 焊 接 （ ｒ ｔ ｎＳｉＷｅ — Ｆｉ ｉ ｔ ｌ ｃｏ ｒ ｄ
摩擦 点焊 的基本 原理 、－ 特点 和工 业应用 进 行 分 Ｔ艺
析。
好 ， 汽 车 车 体组 装 中应 用 最 广 泛 的焊 接 方 法 。 是 卜］ 。
然 而 ， ｒ销合 金与 钢 的物理性 能 明显不 ， 用 电 甫 应 阻点 焊进行 铝合 金焊 接 时存在 如下 缺点 ：焊接 过 程 需要 提供 大 电流 ， 因而导敛 很 高 的能量 消耗 ， 且 大 而
ｉ ，Ｓ ） 础上 开 发的一 种焊 接 技术 。Ｆ Ｓ 可 以 ｎ ＦＷ 基 ｇ ＳＷ
形成 一种 点焊 的搭接 接头 ， 在焊 接铝 、 镁等 轻合 金 方
面 与传统 电阻点 焊相 比具有 明显 的优 势 ，因 而在汽 车 和其它上 业领 域 引起很 大 的关注 ］ 。本文对 搅拌
目前 已Ｊ 发的 幸 合金连接 技术 有 电阻点 焊 、 Ｇ 『 ｆ ｊ ＭＩ
搅拌摩擦焊在地铁车辆制造中的应用
与熔化极 气体保护焊进行地铁车辆铝型材焊接 的质量、成 本和效率 ， 并对搅拌摩擦 焊在地铁车辆制造 中应用的前景进行 简要 阐述 。
关键 词 ：地铁 车辆 ；搅拌 摩擦 焊 ；应 用
一
满 足 较 高 的 精 度 要 求 。焊 接 接 头 的 强 度 较 高 、 并 具 备 很 好 的疲 劳 性 能
也更加稳定和 可靠 ，但在地铁 车辆 制焊 接 接 头 质 量 ，焊 缝 为 细 晶锻 造 后 时 效 处 理 ，生 产 效 率 高 ，节 约 成 底 架 、车顶及侧墙 等模块 的焊 接过 组 织结构 ，没有裂 纹 、气孔 、夹渣 本 ，焊 接 过 程 不 需 要 焊 丝 和保 护 气 程 中，熔化极气 体保护焊还是存 在 等缺陷 。搅拌摩擦焊 的效率很高 ， 等 优越性 ，在地铁车辆 制造 中采用
减 重 性 好 、易 于 针 对 不 同 城 市 的 具 要 求 很 高 ，一 旦 母 材 、焊 丝 受 污 染 单 、易 于 实 现 自动 化 焊 接 ，对 操 作 体 需 求 进 行 外 表 的涂 装 ，国 内新 建 或保护气体 纯度不足 ，极 易造成焊 者 的 要 求 不 高 。基 于 搅 拌 摩 擦 焊 的 ０ 世纪９ ０ 年 代 初 发 明 至 地铁多数 都要求车辆采 用铝合金车 接 接 头 裂 纹 、 气 孔 等 缺 陷 。 熔 化 极 优 越 性 ， 自２ 体 ， 国 内地 铁 车 辆 生 产 厂 家 也 竞 相 气 体 保 护 焊 焊 接 前 要 求 对 母 材 开 坡 今 ，搅 拌 摩 擦 焊 技 术 已经 广 泛 应 用 研 制 和 生 产 铝 合 金 地 铁 车 辆 。 地 铁 口 ，焊 接 过 程 中填 丝 和 焊 接 速 度 匹 在 航 天 、 航 空 、 造 船 、 汽 车 、 电
铝合金搅拌摩擦焊技术研究及应用
铝合金搅拌摩擦焊技术研究及应用铝合金搅拌摩擦焊技术是一种高效、环保的焊接方法，在航空航天、交通运输、轻工制造等领域具有广泛应用前景。
本文将从工艺原理、研究进展、优势与挑战等方面进行分析，全面介绍铝合金搅拌摩擦焊技术的研究及应用。
搅拌摩擦焊是一种非传统焊接方法，它将工件接头通过旋转和外力压合的方式进行连接，并在摩擦热量和塑性变形的作用下实现焊接。
铝合金在搅拌摩擦焊过程中，由于高温和塑性变形，形成了均匀的焊接区域，焊缝强度和密封性良好。
与传统的焊接方法相比，铝合金搅拌摩擦焊具有以下几个优点：首先，搅拌摩擦焊无需外加焊接材料，避免了常规焊接中的焊剂使用和气体保护等问题。
这降低了成本，同时减少了环境污染。
其次，搅拌摩擦焊具有较高的焊接速度和效率。
焊接头变形均匀，焊接时间短，适用于大面积或长尺寸工件的焊接。
第三，搅拌摩擦焊对铝合金的应变硬化效应较小，减少了焊接区域的硬化现象，提高了焊缝的塑性和可靠性。
铝合金搅拌摩擦焊技术的研究进展日益丰富。
首先，针对不同铝合金材料和焊接条件，研究者通过调整焊接参数和其他工艺控制手段，优化焊接质量和性能。
例如，通过控制转速、下压力、摩擦时间等参数，可以实现理想的焊接接合。
同时，研究者还对焊接头几何形状、初始材料状态等因素进行改善和控制，提高焊接接合的可靠性。
其次，近年来，通过引入其他技术手段，如电流、激光、超声等，与搅拌摩擦焊相结合，可以进一步提高焊接接合的强度和质量。
例如，搅拌摩擦挤压焊技术将搅拌摩擦焊与挤压焊结合，对铝合金零件进行焊接加工，获得了良好的焊接接合。
此外，铝合金搅拌摩擦焊技术在实际应用中也取得了广泛成功。
在航空航天领域，搅拌摩擦焊被用于连接飞机结构件、涡轮叶片等零部件，取得了良好的焊接接合效果。
在交通运输领域，搅拌摩擦焊被广泛应用于铁路和汽车制造中。
在轻工制造领域，搅拌摩擦焊技术也被广泛应用于电子设备、电池等领域的制造。
然而，铝合金搅拌摩擦焊技术仍面临一些挑战。
汽车工业中搅拌摩擦焊搭接技术的研究
汽车工业中搅拌摩擦焊搭接技术的研究【摘要】本文主要介绍了搅拌摩擦焊技术及其搭接技术在汽车工业中的应用，并对目前存在的问题进行了研究。
【关键词】汽车工业；搅拌摩擦焊搭接技术0.引言搅拌摩擦焊（FSW）技术是由英国焊接研究所（TWI）发明并于1991年获得专利。
FSW是一种固相连接方法，非常适用于需要尽量保持原料金属特性的情况。
目前该项技术在在造船、航天航空和轿车业的铝合金连接方面得到了广泛的应用。
1.搅拌摩擦焊技术搅拌摩擦焊是一种连续的、纯机械的新型固相连接技术，在焊接时，带有轴肩和圆柱体探针的搅拌头一边高速旋转、一边缓慢地插入到被焊材料接缝处。
被焊工件后面要加一块垫板以防焊穿，而且被焊工件也需要夹紧固定，防止焊接时搅拌头插入和旋转造成被焊工件间隙过大。
焊接过程中，搅拌头与被焊工件摩擦产热，产生的热量可以使工件软化达到塑性状态，呈塑性的金属在搅拌头旋转压力的挤压作用下，沿搅拌头探针从前进面被搅拌到回撤面，随着搅拌头的移动，高度塑性变形的金属流向搅拌头的后部，冷却后形成焊缝。
对于焊接材料而言，搅拌摩擦焊可以焊接所有牌号的铝合金，包括可以熔焊的5000、6000系列铝合金和熔焊难以焊接的2000、7000和铝锂合金材料；同时搅拌摩擦焊还可以实现不同种材料的连接。
正常情况下，搅拌摩擦焊不需要焊丝和保护气，焊接过程消耗较少。
焊接接头强度可以达到母材金属的80%以上。
2.汽车结构搅拌摩擦焊优越性汽车通常选用能够大批量制造的商业化金属材料制造，使用比较普遍的一种是薄板低碳钢，另一种是铝合金。
铝合金具有很好的塑性和加工性能，可以进行锻造、铸造、机械加工或挤压，制造成各种复杂零件，应用于汽车车体结构和发动机零部件。
搅拌摩擦焊非常适合批量化产品的制造，经过程序和参数优化，基于机床和自动化实现的搅拌摩擦焊接头质量具有非常高的一致性。
搅拌摩擦焊汽车零件的接头性能非常优越，针对铝合金材料，一般条件下搅拌摩擦焊接头机械性能指标都大于普通熔焊技术指标和达到与接近母材性能指标，并且有些指标，如冲击韧性，还要高于母材指标。
fsw搅拌摩擦焊接的原理和应用
FSW搅拌摩擦焊接的原理和应用1. 原理介绍搅拌摩擦焊接（Friction Stir Welding，简称FSW）是一种高效的固态焊接技术，它的原理是利用摩擦热产生塑性变形并将材料连接在一起。
相比传统的熔化焊接技术，FSW避免了熔化材料的过程，从而消除了熔渣、气孔和焊缝变质等焊接缺陷。
该技术适用于多种材料的焊接，包括铝合金、镁合金、钛合金和铜等。
FSW焊接过程中，焊接头部分被焊接工具（通常是一个非常坚硬的圆柱形肩部和一个细长的针尖部分组成）沿着焊接拼接线旋转前进。
焊接工具施加在焊接接头上的轴向压力使接头产生塑性变形。
焊接过程伴随着摩擦热的产生，使材料局部发生非等温塑性变形。
随着焊接工具的前进，焊接接头在塑性变形的影响下形成连续的焊缝。
2. 搅拌摩擦焊接的优势FSW具有以下几个优势，使其在各个工业领域中得到广泛应用：2.1 强度高由于焊接过程中没有液态的熔池，FSW焊接接头的晶粒不会因为快速冷却而变细，从而保持了较高的强度。
热影响区（Heat Affected Zone，HAZ）也较窄，减少了焊接接头的热损害。
2.2 减少焊接缺陷FSW既避免了熔化过程中可能产生的气孔、熔渣等缺陷，又减少了焊缝区的变质现象。
焊接接头的质量得到有效保证。
2.3 适用于不同材料的焊接FSW广泛适用于铝合金、镁合金、钛合金、铜等多种材料的焊接。
无论是相似材料的焊接，还是异种材料的焊接，FSW都能得到良好的焊接质量。
2.4 生产效率高FSW焊接速度相对较快，通常比传统熔化焊接技术要高，可以大大提高生产效率。
同时，焊接过程中无需使用惰性气体保护，避免了气体保护系统的成本和复杂性。
3. 搅拌摩擦焊接的应用领域FSW技术在众多领域中得到了应用，以下列举了几个典型的应用领域：3.1 航空航天工业在航空航天领域，铝合金被广泛应用于制造飞机结构。
如机翼、蒙皮和座椅等。
FSW技术可以实现这些结构件的焊接，提高了结构的强度和可靠性。
3.2 汽车制造FSW技术在汽车制造中的应用主要集中在车身板件焊接。
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２００５年第２期
万方数据
剧７米用搅拌摩擦点焊焊接的汽车车门 采用传统点焊方法需要消耗大量的电能｝１ ９Ｉ，而采 用搅拌摩擦点焊后，相关能源消耗降低了９９％。 搅拌摩擦点焊焊接过程如图８所示。与ＦＳＷ技 术的区别在于，搅拌摩擦点焊没有沿焊缝纵向的移 动，并且在点焊过程中搅拌头无（焊接方向）倾角。搅 拌摩擦点焊综合了传统点焊过程及ＦＳＷ技术的热 源产生方式，在摩擦热及塑性变形能的作用下，形成 了牢固连接的点接头。在搅拌摩擦点焊过程中，工件 同样需要牢固夹持，但是由于搅拌摩擦点焊过程中 没有纵向移动，所以通常采用局部支撑，即仅支撑点 焊接头的局部即可，如图９所示。 由于搅拌摩擦点焊在焊接过程中需要施加相应 的锻压力以利于接头的牢固接合，所以采用搅拌摩 擦点焊连接的截面厚度受到限制。但是对于汽车车
３．４泡沫铝材的ＦＳＷ焊接 泡沫铝材具有密度低（约为铝材的１０％）、强度
高、减振性能好以及耐高温等优点，是未来汽车等交 通运输工具良好的材料。德国卡曼汽车公司采用三 明治夹层结构泡沫铝材制造普通级轿车的顶板盖， 其强度比原来的钢质构件提高７倍左右，而质量却 减轻了２５％。
采用熔化焊连接泡沫铝板时容易发生发泡剂烧 失现象，使焊缝区失去泡沫板的性能。德国研究者利 用ＦＳＷ技术焊接２块尚未发泡的ＡｅＳｉ７前驱体板， 其焊缝组织没有发现缺陷，发泡结构明显（图６）。１ ５Ｉ。 这说明采用搅拌摩擦焊技术焊接泡沫铝板，发泡剂 没有烧损，从而保持了泡沫铝板的功能。
参考 文献 １ Ｊｏｈｎｎｙ Ｋ Ｉ．ａｒｓｓｏｎ．Ｗｅｌｄｉｎｇ ｉｎ ｔｈｅ Ｗｏｄｄ，４６（１／２），２００２． ２ 陈剑虹．汽车连接新工艺——５４届国际焊接学会年会综
述（１）．焊接，２００２（３） ３ Ｅ．Ｄａｖｅ ｅｔ ａ１．ＩＩＷ Ａｓｉａｎ Ｐａｃｍｃ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｃｏｎｇｒｅｓｓ．Ｓｙｄｎｅｙ，
１４ Ｋａｌｌｅｅ Ｓｔｅｐｈａｎ ｅｔ ａ１．Ｆｒｉｃｔｉｏｎ Ｓｔｉｒ Ｗｅｌｄｉｎｇ ｉｎ ｔ｝ｌｅ Ａｕｔｏｍｏｔｉｖｅ Ｂｏｄｙ ｉｎ Ｗｈｉｔｅ Ｐｍｄｕｃｔｉｏｎ．１ ｓｔ Ｉｎｔ．Ｓｙｍ．Ｏｎ ＦＨｃｔｉｏｎ Ｓｔｉｒ Ｗｅｌｄ· ｉｎｇ，Ｔｈｏｕｓａｎｄ ０ａｋｓ，ＣＡ，１４一１６ Ｊｕｎｅ，１９９９．
对接
搭接
不等厚连接
Ｔ型连接
气Ｐ
角接
匹墨子
［圈 两面焊接
搭角连接
图２典型的搅拌摩擦焊接头形式
表１ ６０８２一Ｔ４铝合金材料搅拌摩擦焊接头力学性能
状态、＼～ 、～～～性能指标 盯０２／ＭＰ８ 盯ｌ／ＭＰａ
６。／％
母材
１４９
２６０
２２．９
ＦＳＷ焊接
１３８
２４４
１８．８
ＦＳＷ焊接＋时效处理
２８５
３１０
９．９
１７ Ｎａｉｙｉ Ｌｉ ｅｔ ａ１．Ｆｒｉｃｔｉｏｎ ｓｔｉｒ Ｗｅｌｄｉｎｇ ｏｆ Ｍａｇｎｅｓｉｕｍ ＡＭ６０ ＡＵ－ ｏｙ．Ｍａｇｎｅｓｉｕｍ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ．ＴＭＳ（Ｔｈｅ Ｍｉｎｅｒａｌｓ，Ｍｅｔａｌｓ＆Ｍａ— ｔｅｒｉａｌｓ Ｓｏｃｉｅｔｙ），２００４．
１ ８ Ｒｏｓｓ Ｈａｎｃｏｃｋ．Ｆｒｉｃｔｉｏｎ Ｗｅｌｄｉｎｇ ｏｆ Ａｌｕｍｉｎｕｍ Ｃｕｔｓ Ｅｎｅｒｇｙ Ｃｏｓｔｓ ｂｙ ９９％．Ｗｅｌｄｉｎｇ Ｊｏｕｍａｌ，Ｆｅｂ．，２００４：４０
开发潜力。美国０ａｋ Ｒｉｄｇｅ国家实验室正在为福特 汽车公司研究镁合金零件的搅拌摩擦焊接”６。，尤其 是２００５ Ｆｏｒｄ ＧＴ型跑车中镁合金零件的搅拌摩擦 焊接，并重点研究了ＡＭ６０Ｂ镁合金搅拌摩擦焊接 头的性能。研究表明，ＡＭ６０Ｂ镁合金搅拌摩擦焊接 头可以达到与母材等强度，且延伸率远高于母材。
虽然ＦＳＷ技术具有无电弧、无飞溅、无烟尘、无 辐射、无需添加焊丝和保护气以及变形小等优点，但 在搅拌摩擦焊接过程中需要较大的焊接锻压力以形 成锻压组织。为此，一方面要求设备具备足够的刚性 或比较完善的控制系统，另一方面对零件的装夹精 度（如装配间隙等）要求也比较高。因此，若采用 ＦＳＷ技术，首先要根据上述特点对零件的原有结构 设计进行必要的改进。
一２８— 万方数据
９ Ａａｓｅｎ Ｅ Ｊ ｅｔ ａ１．Ｔｗｏ—Ｐｉｅｃｅ Ｗｈｅｅｌ．Ｉｎｔ Ｐａｔｅｎｔ Ａｐｐｌ Ｎｏ ＰＣＴ／ Ｎ０９６／００２５４．
，
１０ Ｍｉｄｌｉｎｇ ０ Ｔ．蹦ｃｔｉｏｎ Ｓｔｉｒ Ｗｅｌｄｉｎｇ＿ａ Ｖａｌｕａｂｌｅ Ｐｍｃｅｓｓｉｎｇ Ｒｏ— ｕｔｅ．Ａｌｕｍｉｎｉｕｍ’９７ Ｃｏｎｆ’Ｓｅｐｔຫໍສະໝຸດ １９９７，Ｅｓｓｅｎ，Ｇｅ珊ａｎｙ．
ｏｄｕｃｉｎｇ ｓ锄ｅ．Ｉｎｔ Ｐａｔｅｎｔ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｗｏ ９９／３３５９４．
１３ Ｃｈｒｉｓｔｏｐｈｅｒ Ｂ．Ｓｍｉｔｈ ｅｔ ａ１．Ａｌｕｍｉｎｕｍ ２００ｌ—ＰＩＤｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ ｔｈｅ ＴＭＳ ２００１，Ａｌｕｍｉｎｕｍ Ａｕｔｏｍｏｔｉｖｅ蚰ｄ Ｊｏｉｎｉｎｇ Ｓｅｓｓｉｏｎｓ． ＴＭＳ．２００１．
３…铝…合。金。汽２车…零～件”的一搅”拌１摩＿…擦…焊一接
３．１汽车车轮的搅拌摩擦焊制造 挪威发明了一种采用ＦＳＷ技术制造汽车车轮
的新技术（图３），并被Ｈｙｄｒｏ公司成功用于圆形零 件的制造一＇１０］。为将铸造或锻造的轮毂与锻铝制造的 辐条焊接起来，该公司设计了对接接头和搭接接头 两种接头形式，每个轮子含有２条平行的搅拌摩擦 焊焊缝，并将轮毂设计为分支形式，以获得良好的载 荷传递性能并减轻质量。
汽车技术
·材料·工艺·设备·
图４ 米用ｆ’ＳＷ技术焊接的汽车后桥零件
３．３ 拼焊板料（Ｔａｎｏｒｅｄ Ｂｌａｎｌ【ｓ）的ＦＳＷ连接 拼焊板料首先是由一些比较小的平板连接而
成，然后加工成需要的形状。采用拼焊板料主要是为 了满足提高汽车车身局部的强度、减轻整车质量的 要求‘１圳。
由于铝合金拼焊板料既满足强度要求又不增加 整车质量，被汽车设计者广泛采用。由于拼焊板料采 取的是局部加厚方式，所以拼焊板料的焊接存在着 接头不等厚的问题。为了使焊后接头区域不存在尖 锐过渡区，所以采用搅拌摩擦焊焊接此种接头时，应 使搅拌头在垂直于焊接方向倾斜一定的角度，以适 应接头两侧的厚度差，如图５所示。
２０００．
４栾国红等．革命性的宇航结构件焊接新技术——搅拌摩擦 焊．航空制造技术，２００２（１２）
５ Ｔｈｏｍａｓ Ｗ．Ｍ ｅｔ ａ１．Ｍａｔｅｒｉａｌｓ＆Ｄｅｓｉｇｎ，１８（４／６），１９９７． ６栾国红等．飞机制造工业中的搅拌摩擦焊研究．航空制造
技术，２００２（１０） ７ Ｓｔｅｐｈａｎ Ｗ Ｋａｌｌｅｅ．Ｉｎｎｏｖａｔｉｏｎｓ ｆｏｒ Ｎｅｗ Ｒａｉｌ Ｂｕｓｉｎｅｓｓ．ＩＭｅｃｈＥ，
一２７—
·材料·工艺·设备· 身中的薄壁连接件，搅拌摩擦点焊完全可以作为传 统点焊的替代技术使用。
昌肖晶肖豁崭
（ａ）插入
（ｂ）连接
’（ｃ）拔出
图８搅拌摩擦点焊焊接过程
图９搅拌摩擦点焊设备及夹具
５ ＦＳＷ技术在中国的发展
目前国内的汽车工业生产采用的多是国外已经 成熟运用的设计和技术，对于产生刚１０多年、工业 化应用才刚刚开始的ＦＳＷ技术的应用尚属空白。但 是无论从汽车性能还是燃油消耗方面考虑，轻量化 是汽车工业发展的必然趋势，而铝合金、镁合金是汽 车轻量化发展中主要采用的两种替代性材料，鉴于 ＦＳＷ技术在焊接铝合金、镁合金及其它新型材料方 面的比较优势，其必将成为国内汽车工业中最主要 的制造手段之一。
３．２大型挤压成型件的ＦＳＷ拼接 汽车工业中一般可接受最大直径为２００～３００ ｍｍ
的挤压成型件。随着挤压成型件尺寸的加大，以及单 位质量的成本增加、制造误差增大，直接制造大型的 挤压成型件从成本上及使用上已不能满足要求。
而ＦＳＷ技术为大型铝合金型材的制造提供了 一种可选方案。美国Ｔｏｗｅｒ汽车公司已经采用ＦＳＷ 技术将２块小型的挤压成型件拼接成汽车后桥零件 （图４）Ｈ ３Ｉ。因福特公司发现原林肯轿车上使用的后 桥零件达不到耐久性要求，后桥上层板的轴衬磨损 比较严重，为此Ｔｏｗｅｒ汽车公司提出了采用ＦＳＷ技 术将２块相同的１ ｍ长挤压成型件沿中间对接缝焊 接在一起的方法。该零件从设计到制造仅用了６个 月，且比福特公司要求的耐用性更好。
１５ 陈剑虹．汽车连接新工艺——５４届国际焊接学会年会综 述（１）．焊接，２００２（４）
ｌ ６ Ｋａｌｌｅｅ Ｓ Ｗ ｅｔ ａ１．Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ Ｆｒｉｃｔｉｏｎ ｓｔｉｒ Ｗｅｌｄｉｎｇ ｔｏ Ａｕｔ· ｏｍｏｔｉｖｅ Ｌｉｇｈｔｗｅｉｇｈｔ Ｓｔｍｃｔｕｒｅｓ．ＩＢＥＣ’９８，Ｄｅｔｍｉｔ，Ｍｉｃｈｉｇａｎ，２９ Ｓｅｐｔ一１ ０ｃｔ １９９８，ＳＡＥ Ｐ一３３４，Ｖｏｌ ５，ｐｐｌ９１一１９８．
目前，ＦＳＷ技术在汽车制造业中的应用主要包 括两个方面：一是直接用于某些汽车零件的制造，如 铝合金车轮、铝合金挤压型材、拼焊板料、泡沫铝材 底盘零件等；二是将搅拌摩擦焊接的延伸技术用于 汽车零件的制造，如搅拌摩擦点焊用于汽车车门的 焊接等。
一２ 万６方一数据
图３米用ｆ’ＳＷ技术制造的车轮 澳大利亚的西蒙斯公司利用ＦＳＷ技术发明了一 种制造轧制的６０６１—０车轮辐条的新技术１１］：首先 制造一个预成型圆柱件，把它切成单个辐条形式，然 后采用ＦＳＷ技术焊成所需要的辐条形状，最后按 Ｔ６状态对其进行热处理。 为了制造轻合金车轮辐条，密歇根的Ｈａｙｅｓ Ｌｅｍｍｅｒｚ认为，在采用ＦＳＷ技术焊接前，应将焊缝 根部区域的端面设计为斜面，以获得完全穿透的焊 缝。１２］。另外，平面端部也可以做成一些特殊的形状， 以利于ＦＳＷ焊接中轴肩与工件接触。ＦＳＷ焊接后， 可以对这些轻合金车轮辐条做一些旋转和轧制操 作，以获得等厚度的辐条。
１９ Ｍａｚｄａ Ｄｅｖｅｌｏｐｓ Ｗｏｒｌｄ’ｓ Ｆｉｒｓｔ Ａｌｕｍｉｎｕｍ Ｊｏｉｎｉｎｇ ７ｒｅｃｈｎｏｌｏ— ｇｙ Ｕｓｉｎｇ Ｆｒｉｃｔｉｏｎ Ｈｅａｔ．ｈｔｔｐ：／／、、刑ｗ．ｍａｚｄａ．ｃｏｎ∥ｍｎＬ／２００３０４ ／ｍａｓａｔｓｕ．ｈｔｍｌ