【技術電子報】摩擦攪拌焊接 friction stir welding

1991年，英國焊接學會 TWI 發明摩擦攪拌焊接製程，並於1992年在英國申請了發明專利，同時陸續在世界各國申請了專利保護。攪拌摩擦焊接技術首先應用於鋁合金、鎂合金等輕金屬領域，目前已經應用至銅、鈦、鋼等金屬材料；該技術已經應用於航空、航天、船舶、列車、電子產品、電力等工業領域上。

攪拌摩擦焊焊接過程是由一個圓柱體或其他形狀（如帶螺紋圓柱體）的攪拌針(welding pin)伸入工件的接縫處，通過焊頭的高速旋轉，使其與焊接工件材料摩擦，從而使連接部位的材料溫度升高軟化。同時對材料進行攪拌摩擦來完成焊接。

在焊接過程中工件必須剛性固定在背墊上，焊頭邊高速旋轉，邊沿工件的接縫與工件相對移動。焊頭的突出段伸進材料內部進行摩擦和攪拌，焊頭的肩部與工件表面摩擦生熱，並用於防止塑性狀態材料的溢出，同時可以起到清除表面氧化膜的作用。

該製程屬於固相焊接的方法之一，焊接前後對環境的污染小。焊接前不需要嚴格的表面清理準備要求，焊接過程中的摩擦和攪拌也能同時去除焊件表面的氧化膜，加上焊接過程中無粉塵飛濺，噪音低，比傳統焊接節省能源。

以下以 FLOW-3D 進行測試，藉由調整 Pin-tool 的角度，比對在摩擦攪拌焊接製程中金屬的流動模式。

成型條件

材料: Al 2195

旋轉速度: 600 RPM

前進速度: 140mm/min

▼ 結果一. 角度=0度時的結果

▼ 結果二. 角度=3度時的結果

▼ 角度=3度時的材料溫度變化

▼ 結果比對

FLOW-3D 能夠觀察在旋轉/移動過程中，金屬的攪拌以及移動現象，並且可以檢視攪拌區域的形成方式。