(1)FSW工作过程与机械加工相类似,焊接时搅拌头需要向被焊板材施加很大的压力和向前的驱动力,因此对焊接设备的要求是稳定性和刚性良好。
(2)相对于熔化焊,焊速仍有很大的提高空间。
(3)焊接过程中被焊板材必须刚性固定,不能移动,而且焊接结束后仍需保持刚性固定一段时间,以防焊后变形。
(4)焊接之前需要在焊缝背面安放支撑垫板,有助于焊缝成型。
(5)当焊接结束搅拌头从工件中抽回时,在焊缝的末端会留下一个坑(称之为“匙孔”),焊接结束后需要切去这个坑或者另外使用出焊板。
(6)目前缺乏全国通用的FSW标准。
1。1。3 搅拌摩擦焊常见的缺陷
FSW是一个非稳态下,温度、组织、应力应变不断变化的复杂过程。当工艺参数恰当时得到的接头性能良好,而当工艺参数不恰当时接头容易出现各种缺陷。根据缺陷所在的位置将FSW接头的缺陷分为外部缺陷和内部缺陷两种。表面孔洞和沟槽,飞边和背面未焊透等是常见的外部缺陷。
表面孔洞和沟槽:出现这种缺陷的原因主要是焊接过程中搅拌头转速过低,焊速过高或者压入量过小,导致热输入不足,发生塑性变形的材料也相应地减少,使得前进侧的塑性材料在搅拌头的搅拌作用下转移到返回侧后得不到及时的补充,无法完全填满因前进侧的塑形材料转移后而产生的空腔,使得前进侧的表面出现孔洞。当转速、焊速或者压入量进一步减小,导致单位时间的产热量严重不足时,发生塑性变形的材料变得更加少,那么表面孔洞型缺陷会沿焊缝的长度方向延长形成一条沟槽,这种缺陷叫做表面沟槽型缺陷[4]。
飞边:主要是由于轴肩直径过小或者压入量过大,使得大量塑性材料从轴肩两侧位置被挤出了焊缝,挤到了焊缝表面,冷却后形成的一种波浪形缺陷[5]。飞边出现在焊缝表面,选用恰当的轴肩压入量和直径可以避免产生这种缺陷。
背面未焊透:主要是由于轴肩的压入量过小和搅拌针尺寸过小导致在焊缝的背面未连接或者连接不完全,导致出现一种“裂纹形”缺陷,是FSW焊缝背面最常见的一种缺陷。选择恰当的搅拌针长度(一般略小于板材的厚度)和轴肩压入量可以避免产生这种缺陷[6,7]。
相对于FSW接头表面缺陷,内部缺陷对接头的力学性能影响更加严重,因为内部缺陷存在于接头内部,肉眼难以发现,需要使用专业的检测技术。内部孔洞、隧道型缺陷、“S”曲线和吻接等是常见的内部缺陷。
内部孔洞:当焊接过程中输入的热量不足时,发生塑性变形的材料不仅减少了,而且流动性也随之下降,导致在焊缝内部出现材料没有完全闭合的现象,因而出现了内部孔洞型缺陷。选择恰当的工艺参数,或者在搅拌针上加工螺纹使得搅拌针与材料之间发生更多的摩擦,从而提高热输入能够避免产生这种缺陷[7,8]。
隧道型缺陷:当内部孔洞型缺陷沿焊缝的长度方向延长形成一条隧道时,这种缺陷称为隧道型缺陷,是一种典型的而且危害性很大的缺陷。形成的原因主要是焊接过程中输入的热量不足时,发生塑性变形的材料不仅数量减少了,而且流动性也随之下降,使得搅拌头周围的塑形材料流动时无法充分混合在一起。选择恰当的焊接工艺参数可以避免产生这种缺陷,另外采用带螺纹的搅拌头对减少这种缺陷的产生也有帮助[7,8]。
“S”曲线:形成的原因主要是由于板材的表面存在残余氧化层。“S”曲线对未经热处理的FSW工件的力学性能影响不大,但是会明显降低热处理后的FSW工件的力学性能,尤其是疲劳性能。因为这种缺陷隐蔽性很强,X射线没有办法检测出这种缺陷的存在,只有用金相分析或根部弯曲测试才能可靠地发现,所以危害性巨大[9]。在焊接前对板材进行彻底的清洗和打磨,去除板材表面的油污、氧化层等影响焊接质量的污染物,可以避免产生这种缺陷。