铝合金等轻合金材料装配方法的现状

目前，国际各大汽车生产厂家根据轻型化和循环利用的观点正在推进车身材料的铝合金化。汽车的发动机罩和后门等部件属于典型的铝合金薄板构造，需要在装配过程中将产生的变形量控制到最小。生产厂为了提高装配生产效率必须采用点结合法，现在主要采用的方法是电阻点焊法。

电阻点焊法是用铜合金电极接触焊接物体，通过数万安培以上的电流，利用电阻热使板与板之间的界面熔融成为一体。因此，该方法比较适合电阻较大的碳钢、不锈钢等材料的焊接。但是铝合金比钢材的电阻要小，为了产生足够的热量，使用的电流必须是钢材的3倍，因此焊接它们需要花费较多的电能，同时需要能够使用大容量电流的铝合金专用电阻焊接系统。为了实现车辆材料的轻型化，有时甚至必须更新和增加汽车制造厂家的供电设备。由于电阻焊是在上下两极之间通过的大电流，产生的热变形大，焊接部位的两面会留下大片痕迹。另外，电极表面的损耗极快、最多几十点到一百多点就必须进行表面的研磨和清洁，同时更换电极所花费的时间也较多，加上焊接施工时爆发的灰尘和电火花，使得工作环境非常恶劣。

铝合金虽然还有其他结合方法，如：使用铆钉的自穿孔铆接法、将二块板咬边钉住结合等方法。但是，铆钉等辅助材料的成本和结合部位的强度、加工效率等方面存在较多问题，仅适合一小部分汽车壳体的加工。

利用摩擦热量使接触点软化、搅拌使之结合

为了开发出新的铝合金点焊方法，KHI（日本川崎）与MAZDA（日本马自达）共同研究开发了Friction Spot Joining技术（FSJ）。（已取得专利）

该技术的研究基础是英国的焊接研究结构TWI于1990年初开发的连续结合法中的摩擦搅拌焊接技术（FSW），这种方法是使用摩擦头在旋转的同时沿结合面移动，由摩擦头的旋转产生摩擦热量使焊接基材软化、搅拌后产生塑性流动，从而达到材料一体化。

“FSJ” 是从FSW改良、发展来的，顶端带螺纹状突起物的圆柱形摩擦头在旋转（1分钟2000~2500转）的同时对材料施加400~500kg/cm2的压力、旋转产生的摩擦热量使材料软化、突起物周围发生塑性流动从而使两张板结合。

由于摩擦头摩擦基材仅达到400~500℃，而铝合金的熔点是630℃，所以材料不是熔解而是软化。“这不同于搅拌熔解为一体，而更像是在搅拌冰激凌。”

使用FSJ方法焊接铝合金有诸多优点：

* 节能
FSJ点焊法的主要能源消耗在驱动摩擦头的2台电机上，是传统电阻点焊耗能的二十分之一。

* 简单
焊接设备极其简单、不需要各种各样的辅助机械，甚至基本不使用冷却水和压缩空气，使设备成本大幅度降低。

* 高质量
焊接部位的强度与电阻点焊相比毫不逊色、质量稳定。材料由于未承受达到熔解的摩擦热量，几乎没有热变形。

* 寿命长
FSJ方法使用的摩擦头已有在使用10万次以后不出现损耗的实绩。

* 清洁
工作场所因没有电阻焊产生的灰尘和电火花，所以很干净。另外，也不会产生因使用大电流而引起的电磁波噪音。

FSJ焊接技术获得了第33界日本产业技术大奖中的审查委员会特别奖。日本马自达正在使用FSJ焊接技术制造新的运动车型RX—8的发动机罩和后门。由于这项新技术具有广泛的适用性，因此在车辆、船舶、飞机等的板和加强材构造方面都可以应用，并且还可能被用于交通标志、家电、烹调器具等制造领域。FSJ这种新型的铝合金点焊法极有可能成为世界性的标准。