伊萨摩擦搅拌焊&激光复合焊接技术问答全汇总

搅拌摩擦焊属于焊接热工艺过程，焊接过程中会产生大量的热量使搅拌头温度急剧升高。如6系铝合金的搅拌摩擦焊温度在400-500℃左右，而搅拌头金属材料的性能（尤其是高温状态下的强度、硬度及耐磨性等指标）都会随着材料温度的上升而下降，另外搅拌头受热膨胀会改变搅拌头尺寸，影响轴肩下压量，进而影响焊接质量。同时电机主轴在长时间焊接生产过程中过热会影响主轴的使用寿命。因此如何更有效的对主轴和搅拌头进行冷却是搅拌摩擦焊高效高质量生产制造的前提。风冷效果非常一般，基本不能降低搅拌头的温度，当然也不能对电机主轴进行冷却。伊萨在搅拌摩擦焊工业应用过程中都会设计水冷系统用于冷却搅拌头和主轴的温度，使主轴和搅拌头在长时间焊接制造中控制在合理的温度区间内，来提升搅拌摩擦焊设备的工业应用能力、焊接质量及稳定性，并降低生产成本。

伊萨的机器人搅拌摩擦焊系统预留与机器人集成的机械和通信接口，可以和市面主流的不同品牌机器人进行集成，机器人选型要求能提供搅拌摩擦焊工艺所需的刚性及扭矩，根据产能节拍要求可以分别与负载为500KG~1000KG的机器人进行集成。机器人搅拌摩擦焊系统通过恒压控制技术可以实现平面及三维空间曲面的焊接，可按生产需求分别进行常规搅拌摩擦焊工艺、静轴肩搅拌摩擦焊工艺及双轴肩搅拌摩擦焊工艺制造，设备布局更加紧凑、灵活，实现柔性生产制造。

1、伊萨交付了全球首套搅拌摩擦焊专机设备，并在各核心关键应用领域得到广泛应用，如航空航天、轨道交通、造船、汽车及电力电子等行业；
2、恒压控制技术，主轴及搅拌头水冷技术；
3、实现多种材料如铝、钛、镁、铜、钢及镍基等同种及异种材料之间的搅拌摩擦焊接；
4、可根据客户产品设计、质量要求及产能节拍进行设备、搅拌头、工装及焊接工艺的定制开发，满足各种应用需求；
5、强壮的动龙门设备在保证焊接质量前提下，最大焊速可达6m/min；机器人搅拌摩擦焊更加的灵活、紧凑，可实现二维及三维复杂结构的焊接制造；
6、焊接质量好，变形小，自动化程度高，降低生产成本。

搅拌摩擦焊接头的力学性能对工艺参数十分敏感，传统的恒位移焊接模式只能通过控制搅拌头轴肩下压量完成焊接。但实际生产过程中工件的加工尺寸精度、装配精度很难达到搅拌摩擦焊工艺的要求，同时搅拌头在焊接过程中会受热膨胀导致搅拌头尺寸变化影响轴肩的下压量，进而影响焊接的质量和稳定性。伊萨为更好进行实际复杂工况的工业应用，将高精度、高灵敏的恒压控制技术集成与所有工业应用的搅拌摩擦焊设备，通过压力传感器实时测量机头作用于工件的下压力，根据系统的算法转换成对应的电压信号输入控制系统，系统根据比较值调整轴肩的下压量来保持下压力的恒定。实现快速、精确的恒压力控制，在高速焊接同时确保焊缝的质量及稳定性。

ESAB的搅拌头拥有多项自主的知识产权，所有搅拌头都是中孔水冷技术，焊接质量高使用寿命长；包括常规搅拌头、可回抽的搅拌头、双轴肩搅拌头、静轴肩搅拌头及填丝式搅拌技术等。

1、常规搅拌头：搅拌针轴肩一体，设计制作简单、费用相对较低、应用范围广；
2、可回抽搅拌头：焊接结束时控制搅拌针回抽，通过轴肩旋转摩擦生热在结束区域形成无匙孔的焊缝；
3、双轴肩搅拌头：包括上轴肩，下轴肩，搅拌针及其他配件；优点：消除对接接头根部焊缝缺陷，无需反面衬垫，Z轴方向对工装和设备的力更小。
4、静轴肩搅拌头：相比于常规搅拌头，轴肩和搅拌针分体，焊接时候轴肩静止，通过搅拌针的高速旋转产热作为焊接热源，形成的焊缝成形美观，所需的轴向压力更小；
5、填丝式搅拌摩擦焊：搅拌过程中进行送丝，改善焊缝的冶金性能，添加所需的合金元素得到所需性能的焊缝；另在焊接角焊缝时通过填丝可以得到饱满的角焊缝，接头强度更高。
6、伊萨自主专利的用于焊接高温合金的搅拌头，采用高温性能稳定的搅拌头材料，集成气体保护，温度监控及水冷技术。

搅拌摩擦焊的工艺参数较复杂，具体的工艺参数包括下压力、焊接速度、旋转速度、倾角等。伊萨在长期搅拌摩擦焊工艺试验及应用过程中，针对不同材料、不同接头形式的工件都有成熟的工艺数据并建立了一个非常完善的焊接工艺数据库，服务于全球的客户。同时伊萨高精度高灵敏性的恒压控制技术、主轴及搅拌头中空水冷技术、定制开发的焊接工艺确保实现高效高质量的生产制造。

搅拌摩擦焊缺陷种类：
1、孔洞及沟槽：由于焊缝周围的热塑性金属流动不充分，无法充分填充搅拌针行进过程中留下的瞬时空腔，从而在焊缝靠近前边的位置形成表面沟槽。可以通过增大轴肩直径，增大压力，降低焊接速度等。
2、飞边毛刺：和设备刚性、压力控制精度灵敏度及工艺的匹配性都有关；可以通过优化焊接参数实现。
3、表面起皮：过大的热输入；可以通过优化焊接参数，比如降低转速提高焊速等
4、背部焊瘤：搅拌针过长、间隙过大、下压力热输入过大；控制间隙，选择合适的搅拌头；

船舶、工程机械、轨道交通、汽车、能源及传统制造领域等。

技术优势：
1、相比传统熔焊，焊接热输入降低80-90%，接头组织细小，热影响区小，焊接应力小，接头性能更好；
2、生产效率提高3-10倍，其中钢的焊速最快可达5m/min,焊铝最快可达8m/min；
3、生产成本降低50-80%，同时接头质量更好，易于实现焊接自动化，满足各种复杂产品工业应用的需求；
4、减小工件变形，自动化程度高，实现轻量化结构设计，降低生产成本。

工程机械行业一般都是高强钢材料，传统弧焊焊接高强钢部件，热输入大，焊接应力大，变形严重，同时接头组织粗大、性能相对较差。焊接过程需要采用不同的工艺措施来控制焊接变形及焊接质量，生产效率低，材料成本及人工成本高。

伊萨自适应的激光复合焊技术在工程机械领域有较多的工业应用，焊接速度快，提高了对接头间隙及错变量的工艺窗口，一次焊接成形，降低了焊接应力和变形，提高了焊接质量。试验结果表明，伊萨激光复合焊技术单道焊熔深可达15mm，可实现对接焊、角焊、搭接焊、不等厚错边对接焊等工艺技术，焊接效率高，稳定性好。

ESAB自主开发的第五代Hybrio™实时自适应激光焊接工艺控制技术工艺窗口扩大至传统激光控制技术的5倍以上，集成所有不同子功能模块系统为一个统一的控制系统，其中子系统如焊缝跟踪、熔深检测、焊缝质量检测、机头防撞系统、离线编程及各轴运动系统等。通过监测接头装配间隙、位置，实时采集焊接工艺数据，输入控制系统进行自适应控制，在各种复杂工况下保持高焊接质量，提高生产效率、降低生产成本。

11. 实时自适应焊接工艺控制和质量保证系统

实际生产中工件来料尺寸及装夹精度会直接影响焊接质量及稳定性，ESAB的实时自适应焊接工艺控制和质量保证系统会对焊接全过程进行实时控制，包括焊前对坡口跟踪和测量，焊接过程中对焊接工艺参数进行实时监控记录，焊后对焊缝尺寸进行测量并自动评估焊缝表面缺陷情况。采用实时的自适应控制系统可以提高焊缝成型及熔深的一致性，提高焊接质量及稳定性。

12. ESAB自适应的速度/功率控制

激光焊接时，在焊接开始、结束或焊接过程中关闭功率的区域可能会造成该区域焊缝质量不稳定，如在焊接起始点和停止点焊穿或过度熔深、焊接过程暂停时熔深不足等质量问题。ESAB的自适应速度/功率控制功能可以实时匹配不同焊接阶段的激光功率和焊接速度，最大程度的降低起弧和熄弧区域的缺陷概率，保证焊缝质量提升焊接稳定性。

13. 激光熔深检测技术

ESAB激光匙孔的直接物理测量集成闭环控制系统为业界独有的技术，通过利用激光干涉原理，测量熔池底部的实际深度；将熔深测量系统集成入ESAB先进的自适应焊接过程控制器，对焊缝熔深进行监测。在焊接过程中可实时监控实际焊缝熔深，如发现异常可及时调整焊接工艺参数或停止焊接，最大程度得降低焊接异常造成产品返修甚至报废等情况的发生。

14. 人机界面HMI操控台

基于PC的监控系统，触摸屏界面，操作起来更简单；焊接参数可输入、保存和调用，对实际焊接参数、视频及相关质量数据进行实时监控及存储。