在现代制造业中,金属连接方法正从熔化向塑性变形转变。传统电弧焊通过高温将基体和焊丝熔化为液态,本质是微型再铸造,虽灵活成本低,但液相到固相的转变会产生气孔、裂纹,形成脆弱热影响区,导致大型结构件受热扭曲。
相比之下,搅拌摩擦焊(下面简称FSW)是革命性技术,利用高速旋转的特制搅拌头伸入金属界面,通过摩擦生热使金属软化至蠕状,再经机械搅拌让原子在固态下重新组合。
其核心优势在于高质量与稳定性——因金属未熔化且无第三方催化材料参与,彻底消除气孔。另外焊缝晶粒经机械挤压变得极细,强度甚至超过基材。同时热输入远低于传统焊接,基材变形小,能节省后续装配时间。
不过FSW也存在局限性:他的重载属性要求设备主轴具备高扭矩(如驱动搅拌头在65mm厚钢板中穿行需数吨压力),且无法像手持焊枪那样灵活进入狭窄空间。
因此,传统焊接仍是灵活应对单件定制、现场维修及复杂空间结构的唯一选择,而FSW则在量产领域更具优势,尤其在新能源汽车电池包、电机壳,SpaceX航天火箭燃料箱。以及未来标准化船队规模化建造等对安全性、轻量化和寿命要求极高的领域,正成为有力的竞争者。
FSW技术是由英国焊接研究所(TWI)于1991年发明,最初是就为了解决铝合金焊接的气孔、裂纹、强度不足等问题。研究员韦恩·托马斯提出设想,让金属不熔化,通过机械力使其像橡皮泥一样流动混合。
他设计的高硬度旋转工具由轴肩和搅拌针组成——旋转的搅拌针插入金属接缝,摩擦生热使金属达到塑性状态(未熔化);工具前移时,搅拌针(pin)将前方金属“拨”至后方,在轴肩(shoulder)挤压下,两侧金属混合交织。
1991年12月,铝合金板上的首次固态连接实验成功,焊缝几乎无缺陷,力学性能优异,成为连接铝板的绝佳方法。
你觉得FSW未来还能在哪些领域发挥更大作用?