摩擦搅拌焊接设备实验室
陈冠佑 一,发展史 摩擦搅拌焊接(Friction Stir Welding, FSW)制程如图 1 所示,摩擦搅拌焊接是由 TWI 英国焊接研究所於 1991 开发并且 当 12 月取得制程及设备的专权 此制 , 程具有优焊接品质,低变形及高再现性 等优点,尤其对於铝合而言特别适合, 因此开发初期的应用集中於属构件接合 为主,此技术开发及研究至今已 12 ,全 球的焊接研究机构或者学术界均投入进 相关的研究,而产业界亦相继投入设备及 应用於产品或构件的接合,尤其是难焊高 图 1,摩擦搅拌焊接的运作机构 强铝合如 2024 及 7075 等的接合,其 主要应用於航太,飞机,轨道辆及船舶等大型轻化构件.国外已扩大应用范围至汽, 半导体设备及民生用途的产品或设备上.除接合技术的应用,也扩大至材相组织细质 化,材表面改质及铸件品质改善等制程加工技术.此摩擦搅拌焊接的发明已被为 20 世纪 末最大的研发贡献,相信摩擦搅拌加工制程将继续於 21 世纪发扬光大. 为执本经济部科技专案-轻化/高值化属组件关键技术研发三计画(94-96) 之子项计画(低变形接合轻构件开发).已於 92 在中心钟副执长的支持下,争取到经费 建构本实验室所需之摩擦搅拌焊接技术研发设备,如图 2 所示.并先后在苏组长子可,吴组 长佃的支持下,导入摩擦搅拌焊接技术先期研究,渐开启属中心进入摩擦搅拌焊接技 术的域,於 2005 将建构摩擦搅拌焊接专用之机械人手臂,相信届时将能发挥其低焊接 变形,高焊道品质,可焊种属及高生产效之特性. 低焊接变形:以铝合为焊接变形仅为传统MIG电弧焊接的 1/10 - 1/30 . 高焊道品质:摩擦搅拌焊接制造之产品其焊道伏强,抗强及破坏韧性较传统电弧 焊接提高 30%-50%,以 6061 T6 铝合为焊后抗 强可达原母材的 80%以上. 可焊种属:可焊接难焊属(如 2000 及 7000 系铝合)及种材间之接合,如铸铝对锻铝及 铝伸展材,铝对镁合,甚至已成功焊接铝对钢铁 等材组合, 高生产效: 1-25mm 厚的铝合平板对接,可 一道次全渗透焊接完成,焊接速可达每分钟 500mm 以上. 图 2,C 型摩擦搅拌焊接研发设备 二,射实验室设备介绍 本实验室除 C 型摩擦搅拌焊接设备外 目前也添购三轴向 , 测台,如图 3 所示,做为摩擦搅拌焊接之动态分析.主要针对 焊接过程中,同搅拌头设计在同焊接下,对工件 X,Y, Z 轴向产生之应变化. 目前积技术能如下: 图 3,三轴向测台
1.铝合板材复合式摩擦搅拌搭接焊接(FSW+Adhesive)技术 2.铝合板材摩擦搅拌搭接点焊技术(板厚 2-6mm) 3.铝合板材摩擦搅拌对接技术(板厚 2-10mm) 4.铝合板材摩擦搅拌端接技术 5.镁合板材摩擦搅拌对接技术 6.铜合板材摩擦搅拌对接技术 7.质板材摩擦搅拌焊接技术(Al/Cu) 8.质板材摩擦搅拌焊接技术(Al/Stainless) 9. 质板材摩擦搅拌焊接技术(Al/Fe) 10.质板材摩擦搅拌焊接技术(Al/Ti) 11.腔体结构摩擦搅拌焊接技术 12.铝合圈摩擦搅拌焊接技术三,射实验室产品开发服务 本实验除进研究开发外,并协助业界开发新产品,及学术界相关实验试片制作等, 已开发及应用产品项目如下所示:
铝铁接合
镁合接合
铝铜接合
铝-钛接合
铜板接合
1m 铝合板材对接
铝合角接
铝合板材端接
摩擦搅拌点焊 腔体结构摩擦搅拌焊 ATV 铝合圈摩擦搅拌焊接 四,期许 本实验室提供摩擦搅拌焊接基础研究及其相关周边设备,掌握国外先进摩擦搅拌焊接技 术的发展趋势,在经费许可下进设备的改善及技术的提升,以满足国内产业界及学术界的 研发需求,并以焊接专业技术与业者共同研发新产品或新制程技术的应用,希望对台湾产业 技术的升级及创新研发上贡献一份心.
铝-锈钢接合