雷射辅助摩擦搅拌焊接技术

作者：bearingpower        发表时间：2010-12-12

雷射辅助摩擦搅拌焊接技术关键字：雷射辅助 摩擦搅拌焊接 　　雷射辅助摩擦搅拌焊接(Laser Assisted Friction Stir Welding, LAFSW)是一项新式改良后的摩擦搅拌焊接(Friction Stir Welding, FSW)技术，此制造技术的发展在最近10年?已趋于成熟。由于在摩擦搅拌焊接过程中，焊接热能乃是借助旋转工具与接合工件间的摩擦而产生的，亦即需要施予较大的工作负荷，因此传统摩擦搅拌焊接系统之?备?构不仅复杂且制造费用亦较昂?。然而，雷射辅助摩擦搅拌焊接系先采用雷射能来加热工件，然后再借助焊接探进行搅拌动作进而接合工件。因此雷射辅助摩擦搅拌焊接系统能够达到设备结构简易且制造费用低廉的优越性。　　本文主要在?述雷射辅助摩擦搅拌焊接技术对AZ91D镁合金板之初步研究结果，文中?探?此制造技术的优越性。　　一、传?摩擦搅拌焊接　　摩擦搅拌焊接制造是一?相当新的接合制造技术，目前此专利权乃归属于The Welding Institute，ESAB AB其发展成具有商业用途的制造技术。此?技术陆续衍生出?多常?的摩擦焊接方法，早期主要应用在铝及其合金的接合技术。然而在最近几年，摩擦搅拌焊接制造?已被广泛地应用在其它轻金属及其合金的接合技术。　　在摩擦搅拌焊接过程中，首先使用?而有力的?具?欲接合的工件?持固定在支?板(backing plate)上，再?具有特殊轮廓外形的旋转工具沿着工件欲接合位置移动。由于材料受到压力与摩擦热的作用后?会使其产生塑化，因此可借助焊接探传送此接合部位所需的热能，进而完成工件的接合。|MechNet|欢迎登陆中国机械专家网www.MechNet.com.cn　　当铝合金焊件厚度为40 mm时，可采用单边式摩擦搅拌焊接制造，若其焊件厚度为75 mm时，?需采用双边式摩擦搅拌焊接制造。根据研究指出，当?、?合金采用摩擦搅拌焊接制造?，其?比传?熔焊制造有较佳的焊接性能。　　摩擦搅拌焊接制造可?熔焊过程中所产生的裂缝缺陷予以消除，且母材之合金元素也不会因蒸发作用而造成流失?象。此外，其焊道区域的形成主要是由于探?激烈的搅拌作用，因此?可获致?晶?构且几乎不会产生气孔缺陷，进而可改善焊件机械性质。　　如下所述，摩擦搅拌焊接有?多优越性：　　1.整个焊接过程相当简单，且不需使用焊条或填料等消耗物。　　2.接头边缘不需前加工处理。　　3.焊接前不需事先清除工件表面的氧化物。|MechNet|欢迎登陆中国机械专家网www.MechNet.com.cn　　4.整个过程可采用自动化的焊接方式，且可采用全姿?(all position)的焊接位置。　　5.对铝、镁合金焊件而言，摩擦搅拌焊接可达到高接合?度的性能要求。　　6.摩擦搅拌焊接可使用于对焊道裂缝敏感性较高的合金材料。　　至于摩擦搅拌焊接的缺点?包括需要?而有力的?具工件?持固定在焊接工作台上。此外，由于需要施予较大的工作?荷才能驱使旋转工具进行移行动作，因此焊接探?会产生较高的磨耗率。|MechNet|欢迎登陆中国机械专家网www.MechNet.com.cn　　在Midling等人所申?的专利范畴中，即摩擦搅拌焊接制造提出改良，其中包括在旋转工具的前方采用移动式感应线圈?当作热源，借以提供位于焊接探?下方材料所需的热能。当材料受到热能作用后?会产生塑化?象，至于焊接探?的主要作用乃在控制预热材料的塑流型态，且可破坏存在于工件表面的氧化薄膜。|MechNet|欢迎登陆中国机械专家网www.MechNet.com.cn　　然而此改良后的摩擦搅拌焊接制造仍存有某些缺失。例如无法利用感应线圈在特定位置上予以精确加热。所有传导性材料，包含焊接探?与?持?置皆会受到感应线圈中之电流所产生的热能影响而受热。此外，感应电流可能会?越焊接路径进而形成不良的放电火花。当然利用感应线圈加热的方式，只能适用于传导性材料，至于其他非金属、非传导性材料?无法适用此加热方式。|MechNet|欢迎登陆中国机械专家网www.MechNet.com.cn　　二、雷射辅助摩擦搅拌焊接　　为了要克服传统摩擦搅拌焊接制造之缺失，遂发展出一套雷射辅助摩擦搅拌焊接系?。此系合了工业用途的铣床?备及一套Nd : YAG雷射系?。至于雷射能的主要作用乃在?热工件(位于旋转工具前方的局部区域)，如此?可使位于旋转工具前方的工件产生塑化?象(如图1所示)。　　接着工件就如同传统摩擦搅拌焊接制造?其予以接合。由于雷射能的高?作用?会使位于旋转工具前方的工件?化，因此不需要?而有力的?具?欲接合的工件?持固定在焊接工作台上。此外，由于仅需施予?小的工作?荷即能驱使旋转工具进行移行动作，因此可减少焊接探?的磨耗。在此新制造中的雷射能更具有另一优越性：即使在高速焊接?态下，亦不会造成旋?工具过度的磨象。　　若?商业用途的光束操纵器与?定雷射功率的高精密控制器相配合，?可协助操作者准确控制传递至工件的能量大小。如此一?，?可有效地控制工件加热的区域及雷射能量传递至工件的总?，以避免焊接探?与?持?置受到雷射光束所产生的热能影响而受热。