攪拌摩擦焊(FSW)作為一種固相連接技術(shù)，具有焊接效率高、焊接變形小、能耗低、設(shè)備簡(jiǎn)單、焊接過程安全等一系列優(yōu)點(diǎn)。經(jīng)過30多年的發(fā)展，F(xiàn)SW已經(jīng)在航空航天、軌道交通、船舶運(yùn)輸?shù)阮I(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。

▲攪拌摩擦焊

FSW的應(yīng)用場(chǎng)景

在節(jié)能、環(huán)保的大背景下，汽車、飛機(jī)、高鐵、船舶逐漸向輕量化的方向發(fā)展，以鋁合金為代表的輕合金由于具有密度低、剛度高、耐腐蝕性強(qiáng)、加工性能好等優(yōu)良特性，逐步取代鋼鐵成為了運(yùn)輸機(jī)械的主要結(jié)構(gòu)材料。隨著高性能鋁合金的相繼問世，各國(guó)都在大力推動(dòng)鋁合金加工成形技術(shù)的研究與發(fā)展。

以汽車制造領(lǐng)域?yàn)槔瑐鹘y(tǒng)燃油汽車車身結(jié)構(gòu)主要應(yīng)用鋼鐵材料，隨著新能源汽車的發(fā)展，續(xù)航里程成為顧客使用體驗(yàn)的主要影響因素。在目前技術(shù)條件下，提升汽車的輕量化水平是增加新能源汽車?yán)m(xù)航里程的一個(gè)有效可行的方式，因此輕質(zhì)材料獲得了越來越多的應(yīng)用。

PART02、FSW技術(shù)特點(diǎn)

在鋁合金結(jié)構(gòu)傳統(tǒng)焊接過程中，由于其熱膨脹系數(shù)大，焊接時(shí)極易產(chǎn)生變形，為了防止變形，鋁合金在焊接過程中產(chǎn)生氣孔、熱裂紋等缺陷。為了解決鋁合金焊接時(shí)出現(xiàn)以上的問題，研究人員提出了一種新的固相焊接方法：攪拌摩擦焊。

▲FSW原理示意圖

攪拌摩擦焊，焊接過程中母材不發(fā)生熔化和凝固過程，為此避免了鋁合金熔化焊中因材料熔化及凝固過程而帶來的氣孔、裂紋及合金元素?zé)龘p等問題，從根本上解決了鋁合金焊接難題。同時(shí)，攪拌摩擦焊類似于鍛造的壓力加工過程，最終形成致密的鍛造組織，不同于熔化焊形成的鑄造組織接頭，接頭力學(xué)性能（強(qiáng)度、塑性、疲勞性能等）明顯優(yōu)于傳統(tǒng)熔化焊。

PART03、北京新興日祥提出的解決方案

攪拌摩擦焊以其技術(shù)優(yōu)勢(shì)，迅速得到了廣泛應(yīng)用，但在焊接過程中也會(huì)遇到未熔合、裂紋等缺陷問題，極大影響了汽車、飛機(jī)、高鐵、船舶的安全，甚至造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失。針對(duì)攪拌摩擦焊如何進(jìn)行精準(zhǔn)檢測(cè)的難題，北京新興日祥推出了無損檢測(cè)解決方案，可以有效解決攪拌摩擦焊缺陷檢測(cè)諸多問題。

01. 攪拌摩擦焊車身焊縫檢測(cè)案例

攪拌摩擦焊車身焊縫檢測(cè)方案 主要針對(duì)汽車、高鐵等領(lǐng)域，鋁合金攪拌摩擦焊缺陷的檢測(cè)。這類檢測(cè)涉及交通安全，因此對(duì)檢測(cè)的效率和精度要求都很高。

▲客戶提供的鋁合金工件

北京新興日祥在檢測(cè)方案中采用Omniscan SX或X3相控陣探傷儀，搭配10L32-A10探頭，這種解決方案使用全聚焦相控陣主機(jī)與檢焊縫探頭，提高了探測(cè)攪拌摩擦焊未熔合或裂縫的性能。我們還可為用戶提供一些特別設(shè)計(jì)的薄型楔塊，從而更進(jìn)一步完善了這種解決方案。

▲檢測(cè)的第二種鋁合金工件

【檢測(cè)的工件情況】

材質(zhì)：鋁合金，厚度 4mm

結(jié)構(gòu)：摩擦焊試件帶支撐結(jié)構(gòu)

焊縫寬度：14mm

【檢測(cè)結(jié)果】

在橫通孔和表面刻槽一面進(jìn)行檢測(cè)，結(jié)果如下圖：

從下圖 C 掃描和扇掃描圖像清晰地看到橫通孔缺陷。

▲缺陷圖形顯示

從下圖 C 掃描和扇掃描圖像可以清晰地看到表面刻槽缺陷，缺陷長(zhǎng)度 11.36mm

在不同位置表面刻槽一面進(jìn)行檢測(cè)，結(jié)果如下圖：

從下圖 C 掃描和扇掃描圖像可以清晰地看到不同位置的表面刻槽缺陷，缺陷長(zhǎng)度分別為11.42mm，9.65mm 和 9.21mm。

結(jié)論

• 由上面實(shí)驗(yàn)可知，使用 Evident 摩擦焊專用探頭和專用楔塊可以清晰地看到橫通孔和表面刻槽，證實(shí)了儀器和探頭的檢測(cè)能力。

02. 摩擦焊接PA檢測(cè)應(yīng)用方案

檢測(cè)工件：

客戶主要檢測(cè)是否存在未融合的缺陷，如下圖

檢測(cè)設(shè)備方案：

主機(jī)：Omniscan SX或X3相控陣探傷儀

配置：Cobra Scanner

5DL16-12x5-A25-P-2.5-OM

檢測(cè)工藝制定：

由于需要檢查90度的焊接斜面，A25型縱波（DLA-TRL ）

聚焦法則30-89 度，根據(jù)工件的尺寸留出合適的步進(jìn)偏移量

檢測(cè)效果：

結(jié)論

• 利用OMNISCAN 系列產(chǎn)品+A25探頭（或其他探頭）可以有效的檢測(cè)90度的焊接斜面，適合所有類似的摩擦焊接工件

03. 綜合制造領(lǐng)域檢測(cè)方案

由于在輕質(zhì)材料及異種材料連接上的天然優(yōu)勢(shì)以及良好的綜合成本，所以攪拌摩擦焊在綜合制造過程中正發(fā)揮越來越重要的作用。業(yè)內(nèi)人士一般使用無損檢測(cè)探傷儀來進(jìn)行檢測(cè)焊接情況，比如北京新興日祥代理的Evident OmniScan X3就是適用于焊縫檢測(cè)的探傷神器。

附件：攪拌摩擦焊探頭+楔塊

樣件描述：攪拌摩擦焊焊縫樣板 3 塊

在整個(gè) C 掃上都有顯示

測(cè)量間隙寬度 4.1mm

正面：測(cè)長(zhǎng) 15.7mm，

正面：溝槽測(cè)長(zhǎng):110mm

• 相應(yīng)的 FSW 探頭可有效檢出該類焊縫中的缺陷。可靠性強(qiáng)，數(shù)據(jù)可長(zhǎng)久記錄保存。

04. 攪拌摩擦焊集成系統(tǒng)

攪拌摩擦焊相控陣檢測(cè)系統(tǒng)集成設(shè)備FOCUS PX

Evident提供一套完整的高級(jí)相控陣集成解決方案，可以滿足您苛刻的檢測(cè)要求。這套解決方案包含以下設(shè)備和軟件：一種性能強(qiáng)大且可擴(kuò)展的采集設(shè)備：FOCUS PX；一款強(qiáng)大的數(shù)據(jù)采集和分析軟件程序：FocusPC；三個(gè)軟件開發(fā)包（SDK）：FocusControl、FocusData和OpenView，可使您基于自己的應(yīng)用自行定制軟件界面，并通過對(duì)FocusPC的控制，實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)檢測(cè)操作。

其很高的數(shù)據(jù)傳輸速率，可以使用戶在不降低檢測(cè)速度的情況下，檢索未壓縮的A掃描。FOCUS PX的可擴(kuò)展性架構(gòu)可以將多4臺(tái)儀器并聯(lián)在一起使用。這樣就可使用戶從一個(gè)檢測(cè)站對(duì)高級(jí)多探頭配置進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，從而在單次檢測(cè)中覆蓋焊縫區(qū)域。