激光辅助搅拌摩擦焊

HEATS

激光辅助搅拌摩擦焊（LAFSW）是一种新改进的搅拌摩擦焊，搅拌摩擦焊是近十年开发的工艺。

在搅拌摩擦焊里，焊接热能是来自工具和工件之间摩擦热量。由于这种工艺需要相对大的力，因此，在搅拌摩擦焊中使用的设备笨重且昂贵。激光辅助搅拌摩擦焊用激光能源加热工件，而搅拌头的主要作用是搅拌和连接工件两部分。由于这种原因，激光辅助搅拌摩擦焊是一种相对简单和廉价的方法。

这篇文章论述了使用LAFSW连接AZ91DMg合金的情况和使用该工艺存在的优缺点。

1激光辅助搅拌摩擦焊

为了克服搅拌摩擦焊中存在的不足，如（1）装夹焊接工件的夹具较大，需要很大的力向前移动焊接工具，焊接工具磨损率相对高；（2）用感应线圈方法加热不能保证正确的位置、焊接搅拌头和夹具装置都受到加热感应线圈的影响及用感应线圈作媒介加热及仅适用于导体材料，并不能用于其他非金属和非导体材料。人们开发了的激光辅助搅拌摩擦焊 。这种方法由通用铣床和Nd：YAG激光器改造成的。激光能源在旋转搅拌头前面有限范围内预热工件。这样，旋转的搅拌头前面的工件体积、塑性增加（插图1）。然后，采用与普通FSW工艺一样的方法连接工件。旋转工具前面的高温软化了工件，并且可以不用强大夹具装夹就能够保证连接。向前移动焊接工具只需很小的力，所以减少了磨损。对于激光能源这种工艺的优点还有焊接能力较高，焊接中不会引起过多的磨损。商业用的激光器，具有很精确地激光直径控制装置，因此，控制工件的受热区域和激光源到达工件的数量，并且保持系统的其他部位的受热是比较容易的。

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图1 激光辅助搅拌摩擦焊原理

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2试验的建立

在焊接试验中用700-W，具有1064 nm波长，多模式Nd：YAG激光系统和通用3-hp转动架立铣床。

试件装夹在立铣床平台上，4个Ф23 mm销钉，一个材料为高速钢Ф20 mm直柄的圆柱形工具嵌入长4 mm，Ф9 mm搅拌头。通过800 μm芯5m长的光导纤维把激光束直接传递到焊接工作台。在搅拌头前面光束散焦形成Ф1 cm光点（见图片）。用热电偶焊接相似试件的表面来预先指定的工作温度，200W功率激光器可以把试件加热到320℃左右，轴的旋转速度为1700rpm。

3 结论与讨论

两个4 mm厚的截面MgAZ91合金板按前面描述的参数连接，见图2。

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因为这项研究仅仅是初级阶段的工作，还需要在工件机械性能和组合工艺的生产能力中发现最佳组合的激光和FSW参数。激光可以用于加热非马氏体材料，像塑性材料和陶瓷。LAFSW焊连接这些材料的类型还将进一步研究。

4 结 论

激光辅助搅拌摩擦焊的焊接工艺已经被证明。激光能预热工件的使用标志着在焊接工具和工件中需要提供较大的力的降低，用这种改进的方法简化了使用，因此使用经济的焊接方法已成为可能。另外，较高的焊接速度在改进中获得了较好的效益。