焊銑復合工藝在鋁合金加工中的應用

武超　相江龍

【摘? 要】鋁合金有著比較高的強度，其比強度更是近乎與高合金鋼，它得比剛度甚至超越了鋼，具有很優良的鑄造性能以及加工性能，同時還具有不俗的導電以及導熱的性能，并且其還有優良的耐蝕性以及可焊性，能夠被當做結構材料來被廣泛的應用，其在航天航空、交通運輸、汽車制造以及建筑工業等各個領域都被廣泛的推廣使用。其中焊接、鑄造、機械加工以及成形工藝被各個科研單位以及有關的高新技術行業作為重要的研究內容。攪拌摩擦焊由于熱輸入比較低、殘余應力較小以及變形小等優勢，非常適合在鋁合金的焊接當中運用。

【關鍵詞】鋁合金;攪拌摩擦焊;數控加工中心;機械加工;焊銑復合工藝

鋁攪拌摩擦焊是由一九九一年在英國被發明使用的，由于其多種性能特點的優勢，其非常適合在鋁合金以及鎂合金等各種低熔點的有關金屬的焊接當中運用。鋁合金的相關制品當中，許多的零件在其定型以后，必須利用焊接才能獲取需要的各種零件，在進行完焊接之后，也要對零件開展相應的機械加工，從而獲得產品所要求的尺寸以及精度。當前，這些零件大都是在一道工序當中進行完成焊接以后，再去另一道工序進行機械加工，費時費力。

1.鋁合金相關制品當中的攪拌摩擦焊

在攪拌摩擦焊接進行當中，攪拌頭會通過適當的速度進入需要被焊零件的焊接位置，然后通過適當的速度進行均勻地前移，而被焊零件和攪拌頭兩者間因為相應的摩擦力從而具有了一定的熱度，而在這一溫度到達相應水平之后，就會將攪拌頭周圍的材料進行軟化，以此來達到熱塑化的效果。如果攪拌頭遭到一些阻礙力度之后，就會放慢前進的速度，這個過程當中經熱塑化之后的相關材料就會從攪拌頭前方移向后方，同時由于處在攪拌頭上的軸肩出現鍛造的壓力，從而就能夠完成固相連接。也是因為焊接過程當中攪拌頭軸肩處出現的壓力，使得被焊部件必須要進行剛性固定，同時也應該于焊縫背面放入襯墊避免由于攪拌頭產生的力度使得部件以及塑性金屬丟失。

通過上面攪拌摩擦焊工作原理的分析能夠看出，一般攪拌摩擦焊都會使得焊縫結束位置產生一個匙孔，同時焊縫區域會稍微地低于兩邊的母材，而且焊接進行完以后還會使得焊縫兩側出現擠壓遺留下的飛邊。并且，攪拌摩擦焊當中攪拌頭是不會全部穿過零件的，其會和焊縫背面的墊板間留下相應的距離，也就是所謂的背部預留量，所以在一般攪拌摩擦焊當中，一旦背部預留量不恰當又或是焊接當中發生波動，都會對接頭的性能產生不同的影響，很可能會出現未焊透又或者是焊穿等各種問題。

與此同時，由于有的零件結構的限制，焊接當中沒有辦法實現剛性固定以及提高背面支撐，因此不可以運用一般攪拌摩擦焊的相關工藝，而這樣就會制約攪拌摩擦焊被廣泛地運用。所以，利用擁有雙軸肩的相關攪拌頭，這種攪拌頭就能很好地完成對于零部件的相應自支撐，利用攪拌頭本身的壓力進行焊接，這樣就會使正面與反面的焊縫都十分美觀。

2鋁合金當中的焊接件實施機械加工

攪拌摩擦焊進行完之后，就會在焊縫兩邊出現比較明顯的一些飛邊。如果通過人工打磨的方式進行焊縫飛邊的消除，這樣不但費時又費力，同時也有可能因為人員的操作問題造成對焊縫的傷害。因此那些對于以及表面要求都相對比較高的部件，應該在焊接進行完之后把零部件放入銑床進行加工。可是由于這樣的操作方式需要工序轉換、進行數次的上下料以及進行數次裝夾等各種問題，這樣不但減弱了生產功效，同時建數次的裝夾產生的誤差也會減弱產品具有的一致性，并且將攪拌摩擦焊機以及數控銑床兩樣設備同時投入進行使用還會提高生產成本。

3.焊銑復合工藝

攪拌摩擦焊機以及數控加工中心兩者的結構類型十分的類似。兩者具有很多的相同之處：首先，兩者都具有很高的自動化程度，能夠很好地進行數字化的控制操作;其次，兩者的工作原理十分相似，都是體用系統進行控制電動機來實現主軸的驅動，之后再利用主軸進行扭矩的傳遞，將其給攪拌頭又或者是刀具，然后在高速的旋轉下達到焊接或者是加工。同時兩者也有不同，比如攪拌摩擦焊機當中具有溫度感應以及壓力感應，以此來控制焊接當中的熱輸入以及焊接所需的壓力，但是數控加工中心則是通過控制坐標的相應位移來實現對于吃刀量以及進給的相關控制。比如，焊接進行完成之后需要把攪拌頭轉換為銑刀，然后調節主軸至更加快的轉速，再用相同的運動軌道，通過銑刀把飛邊消除，同時也能夠在鋁合金的焊件上直接進行銑平面、鉆孔以及攻螺紋。

結束語：

合金由于熔點低以及線膨脹值較大等各種問題，使得它的焊接工藝被很多科研單位進行重點研究。由于鋁合金對于機械零件和相關的模具制造等各方面也被廣泛運用，所以其在機械加工方面的工藝研究同樣有很多。探索攪拌摩擦焊機以及數控加工中心兩者的結構以及控制特點，把兩種功能效用同時作用在同一個設備當中，就能夠很好地把攪拌摩擦焊以及機械加工兩者的特色以及優點更好地進行結合。此項焊銑復合工藝能夠有效降低工序流轉以及反復的裝夾定位等各種問題，很好地提升了鋁合金相關的各個產品制造過程中的自動化能力，提升了生產效率。

參考文獻：

[1]張昊，黃永德，郭躍，等.適用于機器人焊接的攪拌摩擦焊技術及工藝研究現狀材料導報，2018（1）：128-134.

[2]董繼紅，聶緒勝，鄢江武，等.常規FSW與雙軸肩FSW對鋁合金接頭組織和性能的影響[J].焊接學報，2013，34（7）$85-88.

[3]鄧軍，趙運強，譚錦紅，等.攪拌頭轉速對鋁合金雙軸肩攪拌摩擦焊接頭組織性能影響的研究+材料研究與應用，2017，11（2）84-88

[4]姚榮斌，楊樂新，戴麗莉.增減材制造的復合加工工藝規劃研究J機械科學與技術，2018（7）：1076-1081.