FSW焊接缺陷消除装置研究

董立忠 鲜明亮 毛语桐 张瀚峰

摘要：搅拌摩擦焊（FSW）是近二十年来新兴的焊接技术，和传统焊接技术相比，FSW 过程无弧光辐射、无须添加焊丝、无烟尘飞溅、对环境无污染、易于实现机械化操作和高速焊接、是一种理想的绿色环保连接技术。由于是固相连接，可以有效解决以往难焊甚至不能焊的金属，在航空、航天和船舶等领域广泛应用，是史上最赚钱的焊接专利，被称为二十一世纪革命性新型连接技术。然而由于工艺参数偏差等内外部因素,FSW焊缝易出现飞边类焊接缺陷,严 重限制了FSW的焊接生产。传统的飞边缺陷处理手段有打磨、剖光，在这些过程在增加工序同时会产生污染性气体和金属颗粒飞溅，对环境造成极大的影响。对此本文通过对搅拌头进行研究，设计一种飞边去除的通用装置，以便去除焊接过程中产生的飞边类缺陷，是FSW焊接一次成型，减少工序，提高生产效率。

关键词：FSW；工艺参数；焊接缺陷；飞边；生产效率

在 FSW 接头中焊缝与母材过渡处多余的焊缝金属挤出物被称做飞边（图1）。薄板FSW接头中的飞边缺陷往往呈褶皱状，厚板接头中的飞边多为为鱼鳞状，飞边出现在焊缝后退侧的几率远远大于前进侧。相对于沟槽等FSW焊接中易出现的其他类型缺陷，飞边对焊缝力学性能影响较小，但其对外观成形有着较明显的影响，传统的飞边缺陷处理手段有打磨、剖光，在这些过程在增加工序同时会产生污染性气体和金属颗粒飞溅，对环境造成极大的影响。因此，基于FSW工艺特点，为确保获得高质量焊接接头实现FSW焊接缺陷消除的同时，保证节能环保，针对飞边剔除装置的研究应用前景广阔。

图 1 飞边缺陷

1 装置设计理念

力争FSW过程焊缝一次成型，省去以往机械打磨、剖光过程中的夹装、校准等操作过程，减少了生产工序，提高FSW的生产效率，降低企业能源消耗。解决FSW过程传统的去除飞边工艺中产生的污染性气体、金属颗粒的飞溅等问题，达到保护环境的要求。

根据FSW搅拌头特点，初步拟定装置由三爪卡盘结构和可更换的能去除飞边的切削刀片组成。利用三爪卡盘结构做该装置主体，安装时直接利用活爪卡在搅拌头的轴上，能够有效的达到安装精度；切削刀片通过螺丝连接在活爪上，能很好的去除焊接过程中产生的飞边。装置在对刀的同时安装，使切削刀尖与搅拌头肩轴处于同一平面，能在去除飞边过程中使焊缝平整、美观。努力使装置相比与以前的各种去飞边装置，减少了安装过程中对搅拌头钻定位安装孔这一过程，能大大减少安装工序节约时间，提高生产效率；也能有效避免对搅拌头的钻孔而导致搅拌头刚度下降使搅拌头断裂，操作过程更容易实现机械化、自动化，设备简单，能耗低，功效高，能达到节能环保的目的。

2 装置设计方案

2.1 方案确定

本项目致力于设计出一种能够适用于不同型号搅拌头的焊接缺陷消除通用节能装置。由于设计时考虑到在安装去飞边装置时需要方便快捷并且不能改变原有搅拌头的结构影响其刚度，所以方案选择用三爪卡盘结构做该装置主体，安装时直接利用活爪卡在搅拌头的轴上，能够有效的达到安装精度；切削刀片通过螺丝连接在活爪上，并且使刀片切削平面与搅拌头肩轴处于同一平面，能让去飞边后的焊缝平面与原工件平面处于同一平面来达到焊缝平整光滑的目的。切削刀片采用螺丝连接，方便在刀片损坏时快速更换且刀架主体三爪卡盘能够重复利用，减少耗材。

2.2 .装置组成及整体效果

根据设计方案，结合机械零部件及搅拌头的特点，初步设计装置由三瓜盘主体、切削刀片、小锥齿轮、三瓜盘后盖、活瓜、链接螺旋几个部分组成，装置零件图如图2，各部分零件组装完成后的效果图如图3所示。

图2 装置零件图

图3 装置整体效果

3结论

本文结合常见FSW搅拌头特点研究配套装置，力争消除FSW过程中出现的飞边类影响接头性能的焊接缺陷。文章提出了一种机械结构的设计思路，在实际生产中要根据焊接母材选用装置的刀具材料，从而提高装置的使用耐久性。由于篇幅有限，对装置在不同工况下的使用效率还缺乏深入的研究, 随着FSW工艺研究的不断深入 ,有关焊接缺陷消除装置的研究也将迅速发展, 这对提高FSW焊接效率有重要的意义。

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基金项目：2020年营口理工学院校级科研项目“6082铝合金搅拌摩擦焊接缺陷分析与技术优化研究”（课题编号：QNL202017)；2021年营口理工学院大学生创新创业训练计划项目“铝合金FSW焊接缺陷的消除技术研究”的研究成果。

作者简介：董立忠（1986.04-）,男，汉族，辽宁营口人，大连理工大学硕士，高级工程师，研究方向为焊接。