鋁合金攪拌摩擦焊研究

鋁合金攪拌摩擦焊研究一、本文概述隨著現(xiàn)代工業(yè)技術(shù)的快速發(fā)展，鋁合金作為一種輕質(zhì)、高強(qiáng)度的金屬材料，在航空航天、汽車(chē)制造、船舶工程等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。然而，鋁合金的焊接性能相對(duì)較差，傳統(tǒng)的焊接方法如熔化焊、釬焊等往往難以滿足其高質(zhì)量、高效率的焊接需求。因此，尋求一種適用于鋁合金的高效、優(yōu)質(zhì)焊接方法成為了研究的熱點(diǎn)。攪拌摩擦焊（FrictionStirWelding,FSW）作為一種新型的固態(tài)焊接技術(shù)，以其獨(dú)特的焊接機(jī)制、優(yōu)異的焊接質(zhì)量和廣泛的適用性，逐漸成為了鋁合金焊接領(lǐng)域的研究重點(diǎn)。本文旨在全面系統(tǒng)地研究鋁合金的攪拌摩擦焊技術(shù)，深入探討其焊接機(jī)制、工藝參數(shù)優(yōu)化、接頭性能評(píng)價(jià)以及應(yīng)用領(lǐng)域等方面的內(nèi)容。通過(guò)理論分析和實(shí)驗(yàn)研究相結(jié)合的方法，本文旨在揭示鋁合金攪拌摩擦焊的焊接規(guī)律，優(yōu)化焊接工藝參數(shù)，提高接頭性能，為鋁合金攪拌摩擦焊的實(shí)際應(yīng)用提供理論支撐和技術(shù)指導(dǎo)。本文還將探討鋁合金攪拌摩擦焊在航空航天、汽車(chē)制造、船舶工程等領(lǐng)域的應(yīng)用前景，為相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)創(chuàng)新和產(chǎn)業(yè)升級(jí)提供借鑒和參考。二、鋁合金攪拌摩擦焊的基本原理攪拌摩擦焊（FrictionStirWelding，簡(jiǎn)稱(chēng)FSW）是一種固相連接技術(shù)，它利用高速旋轉(zhuǎn)的攪拌針與工件之間的摩擦熱使材料達(dá)到熱塑性狀態(tài)，然后通過(guò)攪拌針的機(jī)械攪拌作用實(shí)現(xiàn)材料的連接。這種方法最初是為解決鋁合金等輕質(zhì)金屬材料的連接問(wèn)題而開(kāi)發(fā)的，由于其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，如焊接質(zhì)量好、變形小、無(wú)需添加填充材料等，已被廣泛應(yīng)用于各種金屬材料的連接。在鋁合金攪拌摩擦焊過(guò)程中，攪拌針以一定的速度和壓力在待焊工件上旋轉(zhuǎn)前進(jìn)，同時(shí)攪拌針軸肩與工件表面摩擦產(chǎn)生熱量。這些熱量使攪拌針周?chē)牟牧线_(dá)到熱塑性狀態(tài)，形成塑性流動(dòng)區(qū)。隨著攪拌針的旋轉(zhuǎn)和前進(jìn)，塑性流動(dòng)區(qū)的材料被攪拌針帶動(dòng)，形成連續(xù)的焊縫。在攪拌針的后面，隨著熱量的散失和材料的冷卻，焊縫區(qū)域發(fā)生固相結(jié)晶，形成致密的焊縫組織。摩擦生熱：攪拌針與工件之間的摩擦產(chǎn)生大量的熱量，使材料達(dá)到熱塑性狀態(tài)。攪拌混合：攪拌針通過(guò)旋轉(zhuǎn)和前進(jìn)，將不同部位的材料進(jìn)行混合，形成均勻的焊縫組織。冷卻結(jié)晶：隨著熱量的散失和材料的冷卻，焊縫區(qū)域發(fā)生固相結(jié)晶，形成致密的焊縫。鋁合金攪拌摩擦焊具有許多優(yōu)點(diǎn)，如焊接過(guò)程穩(wěn)定、焊接質(zhì)量好、生產(chǎn)效率高、對(duì)環(huán)境友好等。然而，它也存在一些挑戰(zhàn)，如設(shè)備成本高、對(duì)操作人員技能要求高等。因此，在實(shí)際應(yīng)用中，需要根據(jù)具體的生產(chǎn)需求和條件來(lái)選擇合適的焊接方法。三、鋁合金攪拌摩擦焊的工藝研究攪拌摩擦焊（FSW）作為一種新興的固相連接技術(shù)，已經(jīng)在鋁合金的連接中得到了廣泛應(yīng)用。由于其獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，如焊接強(qiáng)度高、熱影響區(qū)小、變形小、無(wú)需額外填充材料等，使得FSW在鋁合金加工制造中占據(jù)了重要的地位。然而，為了充分發(fā)揮這種焊接技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，對(duì)鋁合金攪拌摩擦焊的工藝參數(shù)進(jìn)行深入研究和優(yōu)化就顯得尤為重要。本研究首先探討了攪拌摩擦焊的基本工藝參數(shù)，包括攪拌頭的形狀和尺寸、焊接速度、攪拌頭的旋轉(zhuǎn)速度以及下壓深度等。這些參數(shù)對(duì)焊接接頭的質(zhì)量有著直接的影響。例如，攪拌頭的形狀和尺寸決定了焊縫的截面形狀和大小，而焊接速度和攪拌頭的旋轉(zhuǎn)速度則決定了焊接過(guò)程中的熱輸入和材料的流動(dòng)行為。為了優(yōu)化工藝參數(shù)，本研究采用了一系列實(shí)驗(yàn)方法，包括單因素實(shí)驗(yàn)、正交實(shí)驗(yàn)以及數(shù)值模擬等。通過(guò)這些實(shí)驗(yàn)，我們系統(tǒng)地研究了各個(gè)工藝參數(shù)對(duì)焊縫成形、焊接接頭力學(xué)性能以及焊接過(guò)程中溫度分布和材料流動(dòng)的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，當(dāng)攪拌頭的旋轉(zhuǎn)速度適中、焊接速度較慢、下壓深度適當(dāng)時(shí)，可以獲得成形良好、焊接接頭強(qiáng)度高的焊縫。除了基本的工藝參數(shù)外，本研究還關(guān)注了攪拌摩擦焊過(guò)程中的一些特殊現(xiàn)象，如攪拌區(qū)內(nèi)的材料流動(dòng)和溫度分布、攪拌頭與工件的相互作用等。這些現(xiàn)象對(duì)于理解攪拌摩擦焊的機(jī)理和提高焊接質(zhì)量具有重要意義。通過(guò)數(shù)值模擬和實(shí)驗(yàn)觀察，我們發(fā)現(xiàn)攪拌區(qū)內(nèi)的材料流動(dòng)呈現(xiàn)出一種復(fù)雜的旋轉(zhuǎn)和流動(dòng)模式，而溫度分布則呈現(xiàn)出一種典型的“馬鞍形”分布。本研究還對(duì)攪拌摩擦焊在鋁合金中的應(yīng)用進(jìn)行了展望。隨著對(duì)攪拌摩擦焊工藝參數(shù)和機(jī)理的深入研究，未來(lái)我們可以期待這種技術(shù)在更廣泛的領(lǐng)域得到應(yīng)用，如航空航天、汽車(chē)制造、船舶建造等。隨著新型鋁合金材料的不斷出現(xiàn)和加工要求的不斷提高，攪拌摩擦焊技術(shù)也需要不斷創(chuàng)新和發(fā)展以滿足日益增長(zhǎng)的需求。鋁合金攪拌摩擦焊的工藝研究是一項(xiàng)復(fù)雜而重要的任務(wù)。通過(guò)系統(tǒng)地研究工藝參數(shù)和特殊現(xiàn)象以及不斷優(yōu)化焊接工藝我們可以獲得高質(zhì)量的焊縫并推動(dòng)攪拌摩擦焊在鋁合金加工制造中的廣泛應(yīng)用。四、鋁合金攪拌摩擦焊的質(zhì)量控制與評(píng)估鋁合金攪拌摩擦焊作為一種先進(jìn)的固態(tài)連接技術(shù)，在質(zhì)量控制與評(píng)估方面有著其獨(dú)特的要求和方法。質(zhì)量控制主要包括焊接過(guò)程控制、焊后熱處理以及焊接接頭的性能檢測(cè)等方面，而評(píng)估則主要關(guān)注焊接接頭的力學(xué)性能、微觀結(jié)構(gòu)和耐腐蝕性能。在焊接過(guò)程控制方面，攪拌摩擦焊的參數(shù)如攪拌頭轉(zhuǎn)速、焊接速度、下壓力等都對(duì)焊接質(zhì)量有著重要影響。通過(guò)優(yōu)化這些參數(shù)，可以實(shí)現(xiàn)焊接接頭的良好成形和高質(zhì)量的焊縫。攪拌頭的設(shè)計(jì)和選材也是影響焊接質(zhì)量的關(guān)鍵因素，需要選擇適合鋁合金材料的攪拌頭，以確保焊接過(guò)程的穩(wěn)定性和可靠性。焊后熱處理是提高焊接接頭性能的重要手段。通過(guò)適當(dāng)?shù)臒崽幚?，可以消除焊接過(guò)程中產(chǎn)生的殘余應(yīng)力，改善焊接接頭的微觀結(jié)構(gòu)，提高接頭的力學(xué)性能和耐腐蝕性能。熱處理的溫度和時(shí)間需要根據(jù)具體的鋁合金材料和焊接接頭的要求進(jìn)行選擇和調(diào)整。焊接接頭的性能檢測(cè)是評(píng)估焊接質(zhì)量的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。常用的檢測(cè)方法包括力學(xué)性能測(cè)試、金相組織觀察、射線檢測(cè)、超聲檢測(cè)等。通過(guò)這些檢測(cè)方法，可以全面評(píng)估焊接接頭的力學(xué)性能、微觀結(jié)構(gòu)和內(nèi)部缺陷，從而判斷焊接質(zhì)量是否滿足使用要求。在鋁合金攪拌摩擦焊的質(zhì)量控制與評(píng)估中，還需要注意以下幾點(diǎn)：一是要建立健全的質(zhì)量控制體系，明確各個(gè)環(huán)節(jié)的質(zhì)量控制要點(diǎn)和責(zé)任人；二是要加強(qiáng)焊接工人的培訓(xùn)和技能提升，提高焊接操作的穩(wěn)定性和可靠性；三是要定期進(jìn)行焊接質(zhì)量的評(píng)估和檢查，及時(shí)發(fā)現(xiàn)和解決潛在的質(zhì)量問(wèn)題。鋁合金攪拌摩擦焊的質(zhì)量控制與評(píng)估是一個(gè)系統(tǒng)性的工程，需要從焊接過(guò)程控制、焊后熱處理、性能檢測(cè)等多個(gè)方面入手，全面保障焊接質(zhì)量的穩(wěn)定性和可靠性。通過(guò)不斷優(yōu)化質(zhì)量控制和評(píng)估方法，可以推動(dòng)鋁合金攪拌摩擦焊技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展和應(yīng)用。五、鋁合金攪拌摩擦焊的應(yīng)用研究攪拌摩擦焊作為一種新型的固相連接技術(shù)，已經(jīng)在鋁合金的焊接中展現(xiàn)出其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)和應(yīng)用潛力。鋁合金作為一種輕質(zhì)、高強(qiáng)度的金屬材料，在航空航天、汽車(chē)制造、船舶工程等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用。因此，研究鋁合金的攪拌摩擦焊技術(shù)，對(duì)于推動(dòng)鋁合金的應(yīng)用和產(chǎn)業(yè)發(fā)展具有重要意義。航空航天領(lǐng)域是鋁合金攪拌摩擦焊技術(shù)的重要應(yīng)用領(lǐng)域之一。航空航天器對(duì)材料的要求極高，既要求輕質(zhì)高強(qiáng)，又要求良好的密封性和可靠性。鋁合金憑借其優(yōu)異的性能，成為航空航天領(lǐng)域的主要材料之一。而攪拌摩擦焊技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)鋁合金的高效、高質(zhì)量連接，滿足航空航天器對(duì)材料連接的高要求。汽車(chē)制造領(lǐng)域也是鋁合金攪拌摩擦焊技術(shù)的重要應(yīng)用領(lǐng)域。隨著汽車(chē)輕量化趨勢(shì)的不斷發(fā)展，鋁合金在汽車(chē)制造中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。攪拌摩擦焊技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)鋁合金零件的快速、高效連接，提高汽車(chē)的生產(chǎn)效率和安全性。船舶工程領(lǐng)域也是鋁合金攪拌摩擦焊技術(shù)的重要應(yīng)用領(lǐng)域。船舶工程對(duì)材料的耐腐蝕性和密封性要求極高，而鋁合金憑借其良好的耐腐蝕性和密封性，成為船舶工程的主要材料之一。攪拌摩擦焊技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)鋁合金的高效、高質(zhì)量連接，滿足船舶工程對(duì)材料連接的高要求。在鋁合金攪拌摩擦焊的應(yīng)用研究中，還需要解決一些關(guān)鍵問(wèn)題。例如，攪拌摩擦焊過(guò)程中鋁合金的微觀組織變化和力學(xué)性能研究，以及焊接接頭的疲勞性能和耐腐蝕性能研究等。這些問(wèn)題的解決將有助于進(jìn)一步推動(dòng)鋁合金攪拌摩擦焊技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展。鋁合金攪拌摩擦焊技術(shù)具有廣闊的應(yīng)用前景和巨大的發(fā)展?jié)摿?。通過(guò)深入研究鋁合金的攪拌摩擦焊技術(shù)，推動(dòng)其在航空航天、汽車(chē)制造、船舶工程等領(lǐng)域的應(yīng)用，將有助于提高鋁合金的應(yīng)用水平和產(chǎn)業(yè)發(fā)展。六、結(jié)論與展望本研究對(duì)鋁合金攪拌摩擦焊進(jìn)行了系統(tǒng)的研究，包括其工藝特點(diǎn)、焊接過(guò)程、接頭性能以及影響因素等方面。通過(guò)實(shí)驗(yàn)和理論分析，得出了以下鋁合金攪拌摩擦焊具有焊接速度快、熱輸入小、接頭變形小等優(yōu)點(diǎn)，適用于鋁合金等輕質(zhì)金屬材料的連接。攪拌摩擦焊過(guò)程中，攪拌針的作用是關(guān)鍵，其形狀、尺寸和轉(zhuǎn)速等參數(shù)對(duì)焊接質(zhì)量有重要影響。通過(guò)優(yōu)化攪拌針參數(shù)，可以顯著提高接頭性能。鋁合金攪拌摩擦焊接頭的力學(xué)性能與母材相當(dāng)，具有較高的強(qiáng)度和塑性，同時(shí)接頭區(qū)的顯微組織得到了細(xì)化，提高了材料的綜合性能。攪拌摩擦焊過(guò)程中，焊接速度和下壓量等工藝參數(shù)對(duì)焊接質(zhì)量也有顯著影響。通過(guò)合理控制這些參數(shù)，可以獲得高質(zhì)量的焊接接頭。盡管本研究對(duì)鋁合金攪拌摩擦焊進(jìn)行了較為系統(tǒng)的研究，但仍有許多方面需要進(jìn)一步探討和完善：攪拌針的優(yōu)化設(shè)計(jì)。未來(lái)可以通過(guò)研究不同形狀、尺寸和材料的攪拌針，以進(jìn)一步提高焊接質(zhì)量和效率。焊接過(guò)程數(shù)值模擬。通過(guò)建立攪拌摩擦焊過(guò)程的數(shù)學(xué)模型，可以更深入地理解焊接過(guò)程中的熱傳遞、材料流動(dòng)等現(xiàn)象，為優(yōu)化焊接工藝提供理論支持。接頭性能的提升。通過(guò)改進(jìn)焊接工藝、優(yōu)化材料成分等方法，進(jìn)一步提高鋁合金攪拌摩擦焊接頭的力學(xué)性能和耐腐蝕性能。攪拌摩擦焊在其他金屬材料中的應(yīng)用。除了鋁合金外，還可以研究攪拌摩擦焊在其他輕質(zhì)金屬材料（如鎂合金、鈦合金等）中的應(yīng)用，以擴(kuò)大其應(yīng)用范圍。鋁合金攪拌摩擦焊作為一種新型的焊接技術(shù)，具有廣闊的應(yīng)用前景。通過(guò)不斷的研究和改進(jìn)，相信未來(lái)會(huì)在航空航天、汽車(chē)制造、船舶工程等領(lǐng)域發(fā)揮更大的作用。參考資料：鋁合金因其高強(qiáng)度、低密度和優(yōu)良的加工性能，在航空、汽車(chē)、船舶、建筑等眾多領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。攪拌摩擦焊（FrictionStirWelding，簡(jiǎn)稱(chēng)FSW）作為一種新型的固相焊接技術(shù)，能夠有效地連接鋁合金等有色金屬材料，在鋁合金結(jié)構(gòu)制造中具有巨大的應(yīng)用潛力。其中，靜止軸肩攪拌摩擦焊技術(shù)因其獨(dú)特的焊接方式和良好的焊接效果，成為研究的熱點(diǎn)。靜止軸肩攪拌摩擦焊技術(shù)是在傳統(tǒng)的攪拌摩擦焊基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的一種焊接方法。其主要特點(diǎn)是引入了一個(gè)靜止的軸肩，通過(guò)該軸肩對(duì)焊接材料施加壓力，以增強(qiáng)焊接過(guò)程中的摩擦和塑性變形，提高焊接接頭的質(zhì)量。靜止軸肩的設(shè)計(jì)是影響焊接質(zhì)量的關(guān)鍵因素之一。其尺寸、形狀、材料等都會(huì)對(duì)焊接效果產(chǎn)生影響。因此，針對(duì)不同的鋁合金材料和焊接需求，對(duì)靜止軸肩進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)是必要的。這包括對(duì)軸肩的尺寸、角度、表面粗糙度等方面的優(yōu)化，以提高焊接接頭的強(qiáng)度、降低焊接缺陷的產(chǎn)生。靜止軸肩攪拌摩擦焊技術(shù)在鋁合金結(jié)構(gòu)制造中得到了廣泛應(yīng)用。例如，在飛機(jī)制造中，鋁合金材料的連接質(zhì)量要求極高，而靜止軸肩攪拌摩擦焊技術(shù)能夠滿足這一要求，提高飛機(jī)結(jié)構(gòu)的安全性和可靠性。在汽車(chē)、船舶、建筑等領(lǐng)域，靜止軸肩攪拌摩擦焊技術(shù)也得到了廣泛應(yīng)用。鋁合金靜止軸肩攪拌摩擦焊技術(shù)以其獨(dú)特的焊接方式和良好的焊接效果，在鋁合金結(jié)構(gòu)制造中具有重要的應(yīng)用價(jià)值。未來(lái)，隨著對(duì)該技術(shù)的深入研究和技術(shù)優(yōu)化，相信其在更多領(lǐng)域?qū)⒌玫綇V泛應(yīng)用，為鋁合金結(jié)構(gòu)制造提供更高效、更可靠的焊接方法。鋁合金由于其輕量、高強(qiáng)度以及良好的耐腐蝕性，被廣泛應(yīng)用于航空、汽車(chē)、建筑和電子等領(lǐng)域。在鋁合金的焊接過(guò)程中，攪拌摩擦焊（FSW）因其高效、環(huán)保和高質(zhì)量的焊接效果，逐漸受到研究者和工業(yè)界的關(guān)注。本文將對(duì)鋁合金攪拌摩擦焊的研究現(xiàn)狀進(jìn)行深入探討。攪拌摩擦焊，又稱(chēng)為FSW，是一種新型的固相焊接技術(shù)。在FSW過(guò)程中，一個(gè)特殊設(shè)計(jì)的攪拌針插入待焊接的鋁合金板材中，通過(guò)旋轉(zhuǎn)攪拌針并向前移動(dòng)，產(chǎn)生摩擦熱和塑性變形，從而實(shí)現(xiàn)材料的連接。與傳統(tǒng)的熔化焊接方法相比，F(xiàn)SW具有許多優(yōu)點(diǎn)，如無(wú)需填充材料、焊接過(guò)程環(huán)保、焊縫強(qiáng)度高且無(wú)氣孔和裂紋等。焊接工藝參數(shù)研究：焊接工藝參數(shù)對(duì)FSW焊縫的質(zhì)量具有重要影響。近年來(lái)，研究者們對(duì)焊接速度、攪拌針的插入深度和角度、旋轉(zhuǎn)速度等工藝參數(shù)進(jìn)行了深入研究。通過(guò)優(yōu)化這些參數(shù)，可以顯著提高焊縫的強(qiáng)度和降低缺陷率。焊接缺陷與質(zhì)量控制：盡管FSW具有許多優(yōu)點(diǎn)，但在實(shí)際應(yīng)用中仍可能出現(xiàn)一些缺陷，如飛邊、孔洞和裂紋等。為了解決這些問(wèn)題，研究者們正在開(kāi)發(fā)更有效的質(zhì)量控制技術(shù)和檢測(cè)方法，以確保焊縫的質(zhì)量和可靠性。新材料與異種材料的焊接：隨著鋁合金種類(lèi)的不斷增加，對(duì)新型鋁合金的FSW研究也在不斷深入。對(duì)于異種材料的焊接，如鋁-鎂、鋁-銅等，也是當(dāng)前研究的熱點(diǎn)。通過(guò)研究不同材料的FSW行為，可以進(jìn)一步拓展FSW的應(yīng)用范圍。數(shù)值模擬與仿真：為了更好地理解FSW過(guò)程，并優(yōu)化焊接工藝參數(shù)，研究者們正在開(kāi)發(fā)更為精確的數(shù)值模擬和仿真方法。通過(guò)模擬FSW過(guò)程中的溫度場(chǎng)、應(yīng)力場(chǎng)和材料流動(dòng)等，可以更有效地預(yù)測(cè)焊縫的性能和優(yōu)化焊接工藝。焊接設(shè)備與自動(dòng)化：為了提高生產(chǎn)效率和焊接質(zhì)量，對(duì)于FSW設(shè)備和自動(dòng)化的研究也在不斷深入。新型的FSW設(shè)備正在不斷涌現(xiàn)，這些設(shè)備具有更高的精度和自動(dòng)化程度，可以大大降低工人的勞動(dòng)強(qiáng)度和提高生產(chǎn)效率。鋁合金攪拌摩擦焊作為一種高效、環(huán)保的焊接技術(shù)，在鋁合金的連接中具有廣泛的應(yīng)用前景。盡管目前對(duì)于鋁合金攪拌摩擦焊的研究已經(jīng)取得了一定的成果，但仍有許多問(wèn)題需要解決。未來(lái)，隨著新材料、新工藝和新設(shè)備的不斷涌現(xiàn)，鋁合金攪拌摩擦焊的應(yīng)用范圍將進(jìn)一步擴(kuò)大。為了更好地滿足實(shí)際生產(chǎn)的需求，還需要加強(qiáng)對(duì)于鋁合金攪拌摩擦焊的基礎(chǔ)研究和應(yīng)用研究，進(jìn)一步提高焊縫的質(zhì)量和可靠性?！兑环N鋁合金厚板攪拌摩擦焊方法》是長(zhǎng)春軌道客車(chē)股份有限公司于2015年9月9日申請(qǐng)的專(zhuān)利，該專(zhuān)利的公布號(hào)為CN105127583A，授權(quán)公布日為2015年12月9日，發(fā)明人是張欣盟、張行、毛一偉。《一種鋁合金厚板攪拌摩擦焊方法》其特征在于：通過(guò)FSW預(yù)組焊，實(shí)現(xiàn)待焊工件的部分焊合連接；在焊縫側(cè)位鉆孔，以便從焊縫側(cè)位啟焊；在鉆孔位置側(cè)位啟焊，待攪拌頭垂直行至實(shí)際焊縫中心處，再沿預(yù)組焊焊縫中心進(jìn)行全焊透FSW焊接。該發(fā)明開(kāi)發(fā)提出了一種提前預(yù)焊、側(cè)位打孔啟焊的FSW焊接新方法，特別適用于鋁合金厚板的FSW焊接；該發(fā)明工藝簡(jiǎn)單，能夠有效地解決鋁合金厚板FSW啟焊以及焊接過(guò)程中組對(duì)間隙難以控制的難題。該方法工藝過(guò)程穩(wěn)定，適用于工業(yè)批量化生產(chǎn)；該發(fā)明降低了鋁合金厚板FSW對(duì)設(shè)備主軸、龍門(mén)剛度的要求，同時(shí)也降低了對(duì)工裝夾具的要求，并能夠有效地的延長(zhǎng)攪拌頭的使用壽命。2019年10月，《一種鋁合金厚板攪拌摩擦焊方法》獲得第三屆吉林省專(zhuān)利獎(jiǎng)金獎(jiǎng)。鋁合金具有比強(qiáng)度高、易成型、耐蝕性好、材料可再生等優(yōu)點(diǎn)，2015年之前已成為軌道車(chē)輛加工制造的主要材料之一。在高速鐵路車(chē)輛制造方面，更是發(fā)揮著其他材料不可替代的作用。2015年前，在軌道車(chē)輛的加工制造過(guò)程中，鋁合金的焊接仍以熔化極惰性氣體保護(hù)焊（簡(jiǎn)稱(chēng)MIG焊）和鎢極惰性氣體保護(hù)焊（簡(jiǎn)稱(chēng)TIG焊）等常規(guī)熔化焊為主。但因鋁合金熱導(dǎo)率高，且化學(xué)性活潑，表面易形成氧化膜，焊接時(shí)極易產(chǎn)生氣孔、夾雜、未融合、未焊透，以及裂紋等缺陷。因鋁合金熱膨脹系數(shù)大，焊后易產(chǎn)生變形。因此，一般情況下鋁合金工件的焊接都需設(shè)計(jì)使用專(zhuān)用的工裝夾具，且焊后多需調(diào)修矯形來(lái)保證最終的工件尺寸。由此可見(jiàn)，鋁合金材料的焊接不僅質(zhì)量控制難度大，而且制造工藝復(fù)雜，成本也相對(duì)較高。特別是進(jìn)行諸如軌道車(chē)輛鋁合金車(chē)體底架等關(guān)鍵部位的厚板焊接時(shí)，問(wèn)題更為突出。攪拌摩擦焊接（簡(jiǎn)稱(chēng)FSW）作為一種先進(jìn)的固相焊接方法，其熱輸入量低，焊接接頭強(qiáng)度高、焊接變形小，并且FSW焊接過(guò)程中無(wú)金屬熔化，從根源上杜絕了鋁合金弧焊常出現(xiàn)的氣孔、裂紋類(lèi)缺陷產(chǎn)生。再者FSW焊接時(shí)無(wú)需填充金屬和保護(hù)氣體，且無(wú)弧光、粉塵、煙霧污染，整個(gè)過(guò)程綠色環(huán)保。因此，F(xiàn)SW技術(shù)一經(jīng)問(wèn)世，即迅速得到了工業(yè)化應(yīng)用推廣，并以鋁及鋁合金材料的焊接應(yīng)用最為廣泛和成熟。截至2015年前，已大量應(yīng)用于航空航天、汽車(chē)電子、化工船舶，以及軌道車(chē)輛的加工制造。通常情況下，F(xiàn)SW工具，即攪拌頭主要由夾持區(qū)、軸肩和攪拌針三部分組成。FSW工作時(shí)，攪拌頭的攪拌針部分首先旋轉(zhuǎn)扎入待焊工件，待攪拌頭的軸肩與待焊工件表面充分接觸，并原地停留一段時(shí)間后，再以一定的轉(zhuǎn)速和焊速沿焊縫進(jìn)行焊接。FSW方法雖具有眾多優(yōu)點(diǎn)，但對(duì)待焊工件的組配間隙要求卻相對(duì)較嚴(yán)，當(dāng)選用的攪拌頭及焊接工藝一定時(shí)，F(xiàn)SW焊接時(shí)如工件組對(duì)間隙變大將會(huì)導(dǎo)致焊縫內(nèi)部空洞，以及表面下凹量增大甚至表面溝槽缺陷產(chǎn)生。又因FSW焊接時(shí)，攪拌頭要對(duì)工件施加較大的下壓力，同時(shí)因攪拌針的扎入將對(duì)兩待焊工件產(chǎn)生一定的向外漲開(kāi)作用力。此時(shí)，如待焊工件厚度較薄時(shí)，通過(guò)增加工裝強(qiáng)度、作用力以及作用點(diǎn)密度來(lái)保證FSW時(shí)工件組對(duì)間隙不發(fā)生變化。但當(dāng)工件厚度較大相應(yīng)地選用的攪拌頭尺寸較大時(shí)，F(xiàn)SW的下壓力以及由此對(duì)組對(duì)焊縫產(chǎn)生的向外撐漲作用將同步增加，特別是在攪拌針旋轉(zhuǎn)扎入的啟焊位置，上述效果更為明顯。此時(shí)即使強(qiáng)化工裝設(shè)計(jì)，也很難保證FSW焊接時(shí)攪拌頭前方焊縫組對(duì)間隙的一致性。因此，如何實(shí)現(xiàn)鋁合金厚板材料的批量工業(yè)化高品質(zhì)FSW焊接，實(shí)際難度很大?！兑环N鋁合金厚板攪拌摩擦焊方法》的目的是針對(duì)鋁合金厚板FSW難度大，特別是啟焊扎入及FSW時(shí)待焊工件組對(duì)間隙難以保證的難題，提出一種提前預(yù)焊、側(cè)位打孔啟焊的FSW焊接新方法。該方法不僅降低了FSW啟焊下扎時(shí)所需的下壓力，同時(shí)能夠有效地控制鋁合金厚板FSW時(shí)的組對(duì)間隙，確保FSW焊接的質(zhì)量穩(wěn)定性。另外，也降低了鋁合金厚板FSW焊接時(shí)對(duì)設(shè)備、工裝的要求，并能夠有效延長(zhǎng)攪拌頭的使用壽命。在鉆孔位置側(cè)位啟焊，待攪拌頭垂直行至實(shí)際焊縫中心處，再沿預(yù)組焊焊縫中心進(jìn)行全焊透FSW焊接。所述的焊縫側(cè)位鉆孔位置是在距離工件端部尺寸及焊縫中心尺寸都不小于攪拌頭軸肩直徑尺寸的位置。所述的鉆孔用的鉆頭是根據(jù)攪拌針直徑尺寸的平均值進(jìn)行選擇，如果攪拌針直徑尺寸的平均值為整數(shù)，鉆頭直徑尺寸即為攪拌針直徑尺寸的平均值；如果攪拌針直徑尺寸的平均值為小數(shù)，則鉆頭直徑尺寸為攪拌針直徑尺寸的平均值兩端且與平均值相鄰的整數(shù)。所述的鉆孔深度等于攪拌針長(zhǎng)度的2/5－3/5。該發(fā)明開(kāi)發(fā)提出了一種提前預(yù)焊、側(cè)位打孔啟焊的FSW焊接新方法，特別適用于鋁合金厚板的FSW焊接；該發(fā)明工藝簡(jiǎn)單，能夠有效地解決鋁合金厚板FSW啟焊以及焊接過(guò)程中組對(duì)間隙難以控制的難題。該方法工藝過(guò)程穩(wěn)定，適用于工業(yè)批量化生產(chǎn)；該發(fā)明降低了鋁合金厚板FSW對(duì)設(shè)備主軸、龍門(mén)剛度的要求，同時(shí)也降低了對(duì)工裝夾具的要求，并能夠有效地的延長(zhǎng)攪拌頭的使用壽命。（3）在鉆孔位置側(cè)位啟焊，待攪拌頭垂直行至實(shí)際焊縫中心處，再沿預(yù)組焊焊縫中心進(jìn)行全焊透FSW焊接。根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鋁合金厚板攪拌摩擦焊方法，其特征在于：所述的焊縫側(cè)位鉆孔位置是在距離工件端部尺寸及焊縫中心尺寸都不小于攪拌頭軸肩直徑尺寸的位置。根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鋁合金厚板攪拌摩擦焊方法，其特征在于：所述的鉆孔用的鉆頭是根據(jù)攪拌針直徑尺寸的平均值進(jìn)行選擇，如果攪拌針直徑尺寸的平均值為整數(shù)，鉆頭直徑尺寸即為攪拌針直徑尺寸的平均值；如果攪拌針直徑尺寸的平均值為小數(shù)，則鉆頭直徑尺寸為攪拌針直徑尺寸的平均值兩端且與平均值相鄰的整數(shù)。根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鋁合金厚板攪拌摩擦焊方法，其特征在于：所述的鉆孔深度等于攪拌針長(zhǎng)度的2/5－3/5。待焊鋁合金工件1和鋁合金工件2都為35毫米厚的6005A-T6鋁合金型材，先用酒精擦拭待焊工件1和工件2的表面，再用鋼絲刷打磨去除工件1和工件2表面及側(cè)面氧化膜，之后實(shí)現(xiàn)工件1和工件2間的良好組配。選用軸肩直徑15毫米，攪拌針長(zhǎng)度為5毫米、根部直徑6毫米、端部直徑5毫米的攪拌頭進(jìn)行FSW預(yù)組焊，并形成預(yù)組焊焊縫3。焊接用攪拌頭5的軸肩直徑為45毫米，攪拌針長(zhǎng)度為34毫米、根部直徑30毫米、端部直徑8毫米。選用直徑為19毫米的鉆頭，在距工件1端部及偏離預(yù)組焊焊縫3中心距離同為35毫米的位置鉆孔，鉆孔深度為17毫米，之后形成啟焊導(dǎo)入孔4。最后采用焊接用攪拌頭5在啟焊導(dǎo)入孔4處扎入啟焊，并沿垂直于預(yù)組焊焊縫3方向行進(jìn)，行至預(yù)組焊焊縫3中心處，再沿預(yù)組焊焊縫3中心線進(jìn)行全焊透FSW焊接，形成最終全焊透焊縫6。全焊透FSW在距預(yù)組焊焊縫匙孔3-1距離為18毫米位置結(jié)束，最終在結(jié)束位置形成全焊透焊縫匙孔6-1。待焊鋁合金工件1和鋁合金工件2都為35毫米厚的6005A-T6鋁合金型材，先用酒精擦拭待焊工件1和工件2的表面，再用鋼絲刷打磨去除工件1和工件2表面及側(cè)面氧化膜，之后實(shí)現(xiàn)工件1和工件2間的良好組配。選用軸肩直徑15毫米，攪拌針長(zhǎng)度為5毫米、根部直徑6毫米、端部直徑5毫米的攪拌頭進(jìn)行FSW預(yù)組焊，并形成預(yù)組焊焊縫3。焊接用攪拌頭5的軸肩直徑為45毫米，攪拌針長(zhǎng)度為34毫米、根部直徑30毫米、端部直徑8毫米。選用直徑為19毫米的鉆頭，在距工件1端部及偏離預(yù)組焊焊縫3中心距離同為35毫米的位置鉆孔，鉆孔深度為6毫米，之后形成啟焊導(dǎo)入孔4。最后采用焊接用攪拌頭5在啟焊導(dǎo)入孔4處扎入啟焊，并沿垂直于預(yù)組焊焊縫3方向行進(jìn)，行至預(yù)組焊焊縫3中心處，再沿預(yù)組焊焊縫3中心線進(jìn)行全焊透FSW焊接，形成最終全焊透焊縫6。全焊透FSW在距預(yù)組焊焊縫匙孔3-1距離為18毫米位置結(jié)束，最終在結(jié)束位置形成全焊透焊縫匙孔6-1。待焊鋁合金工件1和鋁合金工件2都為35毫米厚的6005A-T6鋁合金型材，先用酒精擦拭待焊工件1和工件2的表面，再用鋼絲刷打磨去除工件1和工件2表面及側(cè)面氧化膜，之后實(shí)現(xiàn)工件1和工件2間的良好組配。選用軸肩直徑15毫米，攪拌針長(zhǎng)度為5毫米、根部直徑6毫米、端部直徑5毫米的攪拌頭進(jìn)行FSW預(yù)組焊，并形成預(yù)組焊焊縫3。焊接用攪拌頭5的軸肩直徑為45毫米，攪拌針長(zhǎng)度為34毫米、根部直徑30毫米、端部直徑8毫米。選用直徑為19毫米的鉆頭，在距工件1端部及偏離預(yù)組焊焊縫3中心距離同為35毫米的位置鉆孔，鉆孔深度為4毫米，之后形成啟焊導(dǎo)入孔4。最后采用焊接用攪拌頭5在啟焊導(dǎo)入孔4處扎入啟焊，并沿垂直于預(yù)組焊焊縫3方向行進(jìn)，行至預(yù)組焊焊縫3中心處，再沿預(yù)組焊焊