效、清潔、節能的點焊新技術——取代電阻點焊技術的輕合金焊接方法

 鋁合金等輕合金材料裝配方法的現狀

　　目前，國際各大汽車生產廠家根據輕型化和循環利用的觀點正在推進車身材料的鋁合金化。汽車的發動機罩和后門等部件屬于典型的鋁合金薄板構造，需要在裝配過程中將產生的變形量控制到最小。生產廠為了提高裝配生產效率必須采用點結合法，現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。為了實現車輛材料的輕型化，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的灰塵和電火花，使得工作環境非常惡劣。

　　鋁合金雖然還有其他結合方法，如：使用鉚釘的自穿孔鉚接法、將二塊板咬邊釘住結合等方法。但是，鉚釘等輔助材料的成本和結合部位的強度、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、攪拌使之結合

　　為了開發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TWI于1990年初開發的連續結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的同時沿結合面移動，由摩擦頭的旋轉產生摩擦熱量使焊接基材軟化、攪拌后產生塑性流動，從而達到材料一體化。

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

　　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點：

　　* 節能

　　FSJ點焊法的主要能源消耗在驅動摩擦頭的2臺電機上，是傳統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。

　　* 高質量

　　焊接部位的強度與電阻點焊相比毫不遜色、質量穩定。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10萬次以后不出現損耗的實績。

　　* 清潔

　　工作場所因沒有電阻焊產生的灰塵和電火花，所以很干凈。另外，也不會產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界日本產業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造方面都可以應用，并且還可能被用于交通標志、家電、烹調器具等制造領域。FSJ這種新型的鋁合金點焊法極有可能成為世界性的標準。