大力发展各种焊接工艺

大力发展各种焊接工艺

搅拌摩擦焊接技术（FSW）是一项比较先进的汽车制造工艺，而近日，瑞典西部大学（UniversityWest）研究者指出了这项工艺的两项缺点——焊接路径精度低以及焊接温度难以控制。为了给汽车减重，汽车制造商们喜欢将多种材料混搭用于车身，例如铝钢混合。

    传统的方法无法将不同材料焊接在一起。摩擦搅拌焊接技术则能够实现将不同材料结合，利用工业机器臂，能够在工艺复杂的生产线上实现搅拌摩擦焊接。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(weldingpin)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。

    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。焊接过程中不需要其它焊接消耗材料，如焊条、焊丝、焊剂及保护气体等。唯一消耗的是焊接搅拌头。

    同时，由于搅拌摩擦焊接时的温度相对较低，因此焊接后结构的残余应力或变形也较熔化焊小得多。特别是铝合金薄板熔化焊接时，结构的平面外变形是非常明显的，无论是采用无变形焊接技术还是焊后冷、热校形技术，都是很麻烦的，而且增加了结构的制造成本。技术障碍尚存目前，搅拌摩擦焊接法尚面临两项挑战。第一点就是机器人合规问题。路径精度是搅拌摩擦焊接中保证焊接质量的重要一环。焊接路径出现偏差容易导致焊接缺陷的出现。

    第二点是针对不同几何形状的材料，该方法的散热性不同。这一问题会导致焊接温度不一致。特别是在力控制机器人操作时，由于机器人的操作力度被事先设定，因此或将会出现焊接缺陷、甚至材料过热损坏。解决方案为了解决第一个问题，研究者在某此焊接工序完成后测量路径偏差，并用摄像机和激光距离探测器在焊接进行时监控。采用这种方法可以评估出焊接过程中焊头位置偏移量，减少焊接缺陷的出现率。

    而针对第二个问题，研究者开发出一种全新的温度测量法，基于热电效应，可检测焊接工具和工件表面的温度。温度作为参数输入一个闭环温度控制器，控制器将会调节焊接工具的旋转速度以及轴向载荷。通过以上方法，完成一个三维的焊接工序仅需要几个小时，而采用以前的人工检测，则需要花费1周时间。本文作者Dr.JeroenDeBacker表示，在混合动力和电动车中也可采用全新的焊接方法。电动车和混动车的电池模块中存在多种金属材料，例如铝和铜。摩擦搅拌焊接法或许能够用于将电池直接固定在汽车底盘中，让电池成为车身承载结构的一部分。

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