吴耀宏
摘 要：本文通过对汽车铝合金板材的搅拌摩擦焊工艺进行研究，对这种搅拌摩擦焊工艺进行了介绍，了解了这种搅拌摩擦焊的工艺。说明了搅拌摩擦焊在汽车铝合金板材焊接中的优势，接着对搅拌摩擦焊在汽车铝合金的具体应用进行了相关说明，主要列举了汽车的5754铝合金板材，6061铝合金板材，7075铝合金板材的搅拌摩擦焊接工艺。
关键词：汽车铝合金;搅拌摩擦焊工艺
搅拌摩擦焊接技术的应用符合当前绿色可持续环保理念，它在应用中不需要添加焊丝，成本非常的低，对于汽车行业的发展有积极的作用。随着当前全球范围内汽车工业的迅速发展，铝合金的密度低，刚强度好，抗冲击性能好，同时还能够进行回收这一系列的优点，让铝合金板材被广泛的应用于汽车车门车厢，底板支撑架等构件产品的制造过程中。搅拌摩擦焊作为一种非液态的绿色环保焊接技术，在汽车焊接过程中起着重要的作用。
1 搅拌摩擦焊工艺简介
搅拌摩擦焊是英国焊接所在二十世纪末发明的一种新型固相连技术，它被广泛地应用于铝合金的焊接中。搅拌摩擦焊技术与传统的摩擦焊技术存在一定的联系，也有很大的差异，搅拌摩擦焊也是和常规摩擦焊一样，它们之间最大的相同点就是热源相同，因为两者都是利用摩擦热和塑性变形热。而两者之间的差异性在于，搅拌摩擦焊技术是利用圆柱体或者带螺旋纹圆柱体的搅拌针，深入到接缝处，通过焊头高速旋转，在旋转的过程中利用旋转产生的摩擦热，让连接部位的材料发热软化进行粘连，完成焊接工作。如图1所示，根据箭头所指示的方向和旋转的位置，在焊接过程中，焊头会高速的旋转。在这个过程中，焊头顶端位置会深入到焊接物体中进行摩擦搅拌运动。然后随着焊头移动高度塑形变形的材料沉积，形成焊缝。在这样的过程中，搅拌头的剧烈摩擦会让金属材料塑性软化，被焊接的材料始终保持热塑化的固体状态。在搅拌摩擦焊中，最重要的就是搅拌头。因此对搅拌头的制作工艺也有一定的要求，尤其是它的制作材料，这个搅拌头是由一种非常特别的高温金属和其他材料合成的，它的焊头比要求焊接深度要浅一些。值得一提的是，这种方式焊接之后不会留下焊接孔，搅拌摩擦焊接由于搅拌摩擦过程中热输入相对熔焊的过程小，接头部位就不存在金属的熔化，它是作为一种固态的焊接形式[2]。
2 搅拌摩擦焊在汽车铝合金板材焊接中的优势
铝合金材料由于具有较好的塑性和加工性能，因此被广泛的应用于车体结构和发动机零部件的设计中。而在汽车结构中，利用搅拌摩擦焊具有极大的积极性。汽车制造作为一项规模化的工制造工业，它需要对零部件进行高质量大规模的生产，利用搅拌摩擦焊对汽车零件接头进行焊接的时候，能够大于普通焊接技术标准[3]。搅拌摩擦焊的焊接接头的针对性强，所以在对汽车进行焊接的过程中，汽车铝合金板材不容易变形，在工作过程中，能够在绿色无污染的环境中一次性完成大规模的焊接工作，因此工作人员在对汽车铝合金板材进行焊接的过程中，就不必担心烟尘污染和辐射等问题，它在汽车设计方面具有极高的作用。
因为铝合金搅拌摩擦焊零件具有较好的拉伸强度和成形性能，所以它非常易于汽车的制造和加工，能够保持零件尺寸的稳定性。也可以实现汽车异种材料之间的连接，减少汽车结构的总体质量，在制造成本上，在制作成本上仅仅投入一台搅拌摩擦焊设备的价格，就能够生产出多种品牌，多种类型的汽车零件，有效地减少了汽车的制造成本。在利用搅拌摩擦焊工作的过程中，不需要采取多余的辅助工具，这样能够降低工具的使用费用，利用搅拌摩擦焊能够保障汽车产品的生产效率，加快汽车的研发生产[4]。
3 搅拌摩擦焊在汽车铝合金板材焊接中的运用
本文在分析搅拌摩擦焊在汽车铝合金板材焊接中的运用中，通过5754铝合金板，6061铝合金板以及7075铝合金板所使用的搅拌摩擦焊接方法进行说明。
3.1 汽车用5754铝合金板的搅拌摩擦焊接
结合搅拌摩擦焊接工艺对汽车5754铝合金板进行焊接过程研究，发现随着焊接速度的逐渐提高[5]。5754铝合金板对搅拌摩擦焊接对接接头的抗拉强度和伸长率都是先提高，然后再逐渐降低，当焊接速度达到300毫米每分钟时，焊接强度系数达到最大值0.98。继续增加焊接速度达到400毫米每分钟，接头的性能就会降低。随着5754铝合金拌搅拌摩擦焊工艺研究会发现搅拌摩擦焊接中搅拌针的长度增加，上下板材之间接触面积就会逐渐拉大。在旋转速度为800r/min条件下，当焊接速度由100毫米每分钟提高到400毫米每分钟，抗拉强度和伸长率都是先提高而后降低。在焊接速度为300毫米每分钟时，5754铝合金FSW接头的强度系数达到最大值，伸长率为24%，这主要是因为随着焊接速度的提高，不同焊接速度的5754铝合金搅拌摩擦焊接接头的焊核区晶粒尺寸和亚晶界比例差异较小导致的。
3.2 汽车用6061铝合金板的搅拌摩擦焊接
利用微搅拌摩擦焊设备对6061铝合金板进行焊接的过程中。通过研究发现，将搅拌摩擦焊接参数设置在转速为20000r/min，焊接速度为300mm/min，能够达到最优化的焊接状态。对于6061铝合金板而言，要采取微搅拌焊接方法与。传统的搅拌摩擦焊接相比，微搅拌摩擦焊接所要焊接的工件尺寸较薄，焊接过程中散热程度很快，热影响区的经历受到焊接热输入的影响时间不会让该区域的晶粒完全长大。因此在利用微搅拌摩擦焊接的过程中，能够发现焊接时的晶粒变化不明显。因此在使用微搅拌摩擦焊接6061铝合金板的时候，和6057相比，它们的焊接参数有一定的差异性[6]。
3.3 汽车用7075铝合金板的搅拌摩擦焊接
通过对7075铝合金进行搅拌摩擦焊接时，这是焊接所采取的主要是搅拌摩擦点焊。这种点焊方式是在线性搅拌摩擦焊接基础上开创的一种创新焊接技术。在焊接过程中7075铝合金搅拌摩擦点焊最优数值是转速为1500r/min，停留时间为六秒时，这时塑形区域的组织晶粒最细密。利用搅拌摩擦点焊的方法对7075铝合金板进行焊接。在焊接过程中，会发现接头处的宏观缺陷和微观缺陷。当压入量较大时，塑性金属沿轴间溢出，形成飞边，这时就能看到明显的缺陷，这样的缺陷在焊接完成后，可以对接头进行打磨消除。还会产生一些微观缺陷，微观的缺陷主要是由钩状缺陷，若连接缺陷钩状缺陷，主要是与搅拌头的形状外观和焊接工艺数值有密切关系，而弱连接缺陷形成的原因主要是在焊接前没有处理好残留到氧化膜，对上下板连接造成了一定的影响。所以在进行焊接时要避免宏观缺陷和微观缺陷，就需要对汽车材料和搅拌头形状以及焊接工艺数值进行有效实验，确定出最合适的数值完成相关的操作。因此利用搅拌摩擦点焊的方法对7075铝合金钣金焊接的过程中，要意识到晶体尺寸较小时，相应的强度也较高，晶体尺寸较大时，相应的强度较小[7]。
4 结束语
总结全文，搅拌摩擦焊作为绿色环保的焊接技术，符合当前绿色环保可持续的发展理念，同时由于它自身的特點，在汽车铝合金板焊接过程中具有先天的优势。由于铝合金板材自身的较好塑形和加工性能，它在汽车制造中被广泛应用，而利用搅拌摩擦焊能够一次性完成大规模的焊接。在焊接过程中符合可持续发展理念安全无污染。同时焊接过后的汽车和传统焊接方式相比，它的焊接接口处质量更好，同时搅拌利用摩擦焊能够减少制造成本，保障汽车生产效率，加快汽车研发。汽车铝合金板材利用搅拌摩擦焊接工艺的过程中，由于板材的变化，搅拌摩擦焊接技术也要设定不同的数值，针对5754铝合金板，6061铝合金板以及7075铝合金板在使用搅拌摩擦焊接，都要有一定的变化。这样才能够更好的适合汽车轻量化的发展，让搅拌摩擦焊技术更好的应用于汽车行业。
参考文献：
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[2]张玲，李英龙.镁合金及镁基复合材料搅拌摩擦焊研究进展[J].热加工工艺，2020，49（07）：6-11.
[3]苗臣怀，曹丽杰，殷凯，王楠楠.铝合金-钢搅拌摩擦焊温度场数值研究[J].轻工机械，2019，37（06）：82-87.
[4]李红，刘旭升，张宜生，Jacek Senkara，李光瀛，马鸣图.新能源电动汽车异种材料连接技术的挑战、趋势和进展[J].材料导报，2019，33（23）：3853-3861+3881.
[5]高崇，刘贞山，李书磊，赵丕植.汽车用5754铝合金板材搅拌摩擦焊工艺研究[J].焊接技术，2019，48（08）：62-65+6.
[6]彭俊，王巍.旋转速度对汽车用5052铝合金板材高速搅拌摩擦焊接接头组织及性能的影响[J].轻合金加工技术，2017，45（03）：51-55.