效、清潔、節(jié)能的點焊新技術——取代電阻點焊技術的輕合金焊接方法

1 鋁合金等輕合金材料裝配方法的現(xiàn)狀

　　目前，國際各大汽車生產(chǎn)廠家根據(jù)輕型化和循環(huán)利用的觀點正在推進車身材料的鋁合金化。汽車的發(fā)動機罩和后門等部件屬于典型的鋁合金薄板構(gòu)造，需要在裝配過程中將產(chǎn)生的變形量控制到最小。生產(chǎn)廠為了提高裝配生產(chǎn)效率必須采用點結(jié)合法，現(xiàn)在主要采用的方法是電阻點焊法。

　　電阻點焊法是用銅合金電極接觸焊接物體，通過數(shù)萬安培以上的電流，利用電阻熱使板與板之間的界面熔融成為一體。因此，該方法比較適合電阻較大的碳鋼、不銹鋼等材料的焊接。但是鋁合金比鋼材的電阻要小，為了產(chǎn)生足夠的熱量，使用的電流必須是鋼材的3倍，因此焊接它們需要花費較多的電能，同時需要能夠使用大容量電流的鋁合金專用電阻焊接系統(tǒng)。為了實現(xiàn)車輛材料的輕型化，有時甚至必須更新和增加汽車制造廠家的供電設備。由于電阻焊是在上下兩極之間通過的大電流，產(chǎn)生的熱變形大，焊接部位的兩面會留下大片痕跡。另外，電極表面的損耗極快、最多幾十點到一百多點就必須進行表面的研磨和清潔，同時更換電極所花費的時間也較多，加上焊接施工時爆發(fā)的灰塵和電火花，使得工作環(huán)境非常惡劣。

　　鋁合金雖然還有其他結(jié)合方法，如：使用鉚釘?shù)淖源┛足T接法、將二塊板咬邊釘住結(jié)合等方法。但是，鉚釘?shù)容o助材料的成本和結(jié)合部位的強度、加工效率等方面存在較多問題，僅適合一小部分汽車殼體的加工。

　　2 利用摩擦熱量使接觸點軟化、攪拌使之結(jié)合

　　為了開發(fā)出新的鋁合金點焊方法，KHI（日本川崎）與MAZDA（日本馬自達）共同研究開發(fā)了Friction Spot Joining技術（FSJ）。（已取得專利）。

　　該技術的研究基礎是英國的焊接研究機構(gòu)TWI于1990年初開發(fā)的連續(xù)結(jié)合法中的摩擦攪拌焊接技術（FSW），這種方法是使用摩擦頭在旋轉(zhuǎn)的同時沿結(jié)合面移動，由摩擦頭的旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生摩擦熱量使焊接基材軟化、攪拌后產(chǎn)生塑性流動，從而達到材料一體化。

　　“FSJ” 是從FSW改良、發(fā)展來的，頂端帶螺紋狀突起物的圓柱形摩擦頭在旋轉(zhuǎn)（1分鐘2000~2500轉(zhuǎn)）的同時對材料施加400~500kg/cm2的壓力、旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的摩擦熱量使材料軟化、突起物周圍發(fā)生塑性流動從而使兩張板結(jié)合。

　　由于摩擦頭摩擦基材僅達到400~500℃，而鋁合金的熔點是630℃，所以材料不是熔解而是軟化。“這不同于攪拌熔解為一體，而更像是在攪拌冰激凌。”

　　使用FSJ方法焊接鋁合金有諸多優(yōu)點：

　　* 節(jié)能

　　FSJ點焊法的主要能源消耗在驅(qū)動摩擦頭的2臺電機上，是傳統(tǒng)電阻點焊耗能的二十分之一。

　　* 簡單

　　焊接設備極其簡單、不需要各種各樣的輔助機械，甚至基本不使用冷卻水和壓縮空氣，使設備成本大幅度降低。

　　* 高質(zhì)量

　　焊接部位的強度與電阻點焊相比毫不遜色、質(zhì)量穩(wěn)定。材料由于未承受達到熔解的摩擦熱量，幾乎沒有熱變形。

　　* 壽命長

　　FSJ方法使用的摩擦頭已有在使用10萬次以后不出現(xiàn)損耗的實績。

　　* 清潔

　　工作場所因沒有電阻焊產(chǎn)生的灰塵和電火花，所以很干凈。另外，也不會產(chǎn)生因使用大電流而引起的電磁波噪音。

　　FSJ焊接技術獲得了第33界日本產(chǎn)業(yè)技術大獎中的審查委員會特別獎。日本馬自達正在使用FSJ焊接技術制造新的運動車型RX—8的發(fā)動機罩和后門。由于這項新技術具有廣泛的適用性，因此在車輛、船舶、飛機等的板和加強材構(gòu)造方面都可以應用，并且還可能被用于交通標志、家電、烹調(diào)器具等制造領域。FSJ這種新型的鋁合金點焊法極有可能成為世界性的標準。