本田在其北美版雅閣車型上使用的「摩擦攪拌焊接」技術與其他異種材料接合技術相比有什麼先進的地方？

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近日，本田發布異種材料結合技術，可以將鋼材和鋁合金材料結合在一起，這樣既可以使整體車重大幅降低，同時又可以滿足所需的強度。目前本田已經在美版新一代雅閣以及謳歌RLX車型上應用該技術，副車架以及車門等部位均採用鋼材和鋁合金材料拼接而成。

via：本田發布異種材料結合技術！又輕又安全

攪拌摩擦焊是英國焊接研究所1991年發明的一項具有重大創新性的一種焊接技術，也應該是近三十年焊接技術的一項最重要的突破了（其世界範圍內的專利最遲明年就過保護期了，可以省去一筆專利授權費用了，這時候應用是不是正合適？國內好多單位正蓄勢以待呢）。本田這次在汽車上採用攪拌磨產焊應該看到兩個東西：一個是攪拌摩擦焊的應用，另一個是汽車輕量化技術，採用鋁部分取代鋼，即鋁-鋼複合結構降低汽車重量。

攪拌摩擦焊是利用一種特殊攪拌頭旋轉著壓入被焊零件的界面，攪拌頭與被焊零件的摩擦使攪拌頭附近區域的溫度升高，並使熱塑化，當攪拌頭沿著焊接界面向前移動時，在攪拌頭高速旋轉摩擦以及擠壓下，塑化材料由攪拌頭的前部向後過渡，在熱-機聯合作用下擴散連接形成緻密的固相連接。

相對於熔化焊接，具有如下優點：1、變形小；2、機械性能良好；3、無煙塵、飛濺，工作環境好(可能雜訊會比較大)；4、不需要焊接材料，無需填絲、保護氣體，節省能源；5、焊接過程操作簡便，工人不需要特別的培訓就可勝任； 6、不需要特別的焊前準備，薄層氧化皮可以在焊接過程中自動去除；7、攪拌摩擦焊設備可以經過現有的機床改造而成，設備簡單，易於實現自動焊接和機器人焊接。

攪拌摩擦焊原理示意圖

前些年一直處於研究階段，在軍工單位應用相對較多，焊接的材料多是鋁合金，其在火箭儲箱的應用非常成功且影響力很大，國內火箭儲箱已經在開始應用並逐步在推廣。下面幾張圖是NASA在焊接火箭燃料儲箱，看看個頭多麼震撼吧。

NASA馬歇爾航天飛行中心採用攪拌摩擦焊焊接火箭燃料儲箱

攪拌摩擦焊焊接現在技術成熟在工業領域也走向了應用，國內有可能要在高速列車上用這項技術。日本在這方面研究較多，從申請的專利也可以看出來，日本汽車行業能夠走嚮應用也就不奇怪了。

攪拌摩擦焊也不是沒有缺點，方法自身具有的顯著缺點如下：

1、相對於熔焊，攪拌摩擦焊的焊接速度不是很高，如果焊縫長其焊接效率應該還可以，如果焊縫很短，估計效率更低；2、被焊工件必須要夾緊固定；3、需要在焊縫背面加墊板；4、在焊接結束時會留下一個小孔；5、對硬度大的材料難以焊接或者攪拌頭損耗快。

由此我們看看本田應用該技術要解決的問題吧：1、工業大批量生產的效率和成本問題，攪拌摩擦焊的成本本身是不高的，當焊縫長度達到一定長度以後比傳統的焊接方法成本還要低，效率我不知道和傳統方法比如何，本田應該是能夠很好控制；2、小孔問題，這個估計會採用特殊的攪拌頭或者考慮把小孔引出到零件外面，留在引出板上；3、襯板和背部支撐問題，本田是用在副車架和車門上的，這些部位焊縫位置結構不複雜，焊接時採用襯板和背部支撐是不存在問題的。4、攪拌頭的問題，以前攪拌摩擦焊主要焊接鋁合金也是因為鋁合金相對較軟，現在是鋁鋼複合結構就需要採用強度高的攪拌頭，同時需要很好的控制成本，新聞上介紹了日本相關研究機構和公司已經解決。5、鋁鋼焊接的問題，二者焊接難度大，參見不鏽鋼和鋁材是否能直接進行焊接?，其問題在於熔化後容易形成脆性化合物，而攪拌摩擦焊是固相焊接，不需要熔化，因此化合物能夠得到較好的控制，看到一篇報道鋁鋼攪拌摩擦焊接頭的疲勞性能能夠達到鋁合金自身的70%（應該不錯了吧？汽車行業用疲勞性能考核應該合理吧？）6、所用到的地方承力很大嗎？我對汽車結構不懂，但感覺不是承力很大的地方（向 Brandon Lu請教，副車架承力還是很大的），所以我感覺攪拌摩擦焊在這裡應用應該是合適的技術用在了合適的地方，攪拌摩擦焊確實具有革命性，在這個應用案例中其主要作用並不是攪拌摩擦焊多麼牛，而是推向了民用交通領域，拓寬了其應用範圍。

本田攪拌摩擦焊車門結構

本田攪拌摩擦焊副車架結構

參考文獻：

[1]趙衍華,林三寶,吳林,馮吉才. 攪拌摩擦焊應用及焊接設備簡介[J]. 電焊機,2004,01:7-11.

[2]欒國紅,關橋. 攪拌摩擦焊——革命性的宇航製造新技術[J]. 航天製造技術,2003,04:16-23.

[3]張建升,容淦,譚南,李海麗,張占江,張華山. 攪拌摩擦焊技術專利狀況分析[J]. 國防製造技術,2013,01:58-62.

[4] 攪拌摩擦焊：低成本焊接鋼板等高熔點材料--財經--人民網

[5]構件輕量化解析本田異種材料接合技術

[6]Flickriver: Photoset "Friction Stir Welding" by NASA"s Marshall Space Flight Center

這個真心高科技，碉堡了。下面內容大部分來自於上海交大李永兵老師的一篇論文[1]。

異種金屬連接主要的難點在於如果採用傳統電阻焊等熱加工方式，會由於由於鋁和鋼在電導率、熱導率、熔點等諸多方面的顯著差異，在連接界面形成脆性相，難以實現可靠連接。

目前異種金屬連接的方式主要是自沖鉚釘（SPR）、無鉚釘鉚接（Clinch）、自攻螺釘（FDS）等機械連接方式。主要原因就是沒有熱輸入，同時而且對連接對象的表面清潔度和氧化層不敏感，同時具有電阻定位焊技術的高效率和易於自動化等特點。但是這些方法通常屬於離散連接，類似於點焊，在底盤零件這種負載比較大的零件上應用有限。

這種摩擦攪拌焊（FSW）最早是馬自達在2006年第一個實現的[2]，類似於傳統的縫焊，是一種連續連接。與傳統電阻焊相比，熱輸入低，可有效控制鋁鋼結合面金屬間化合物形成，提高了連接強度。但是過去FSW 工藝會產生一個與攪拌針形狀一致的工藝凹孔，大大降低接頭承載面積，從而削弱接頭力學性能。此外FSW生產效率也不高，難以滿足大規模生產的需要。

而本田在副車架這種承載零件上使用FSW連接鋁和鋼應該是找到辦法解決上面的這些缺陷了，是輕量化技術的一大突破。

[1] 轎車車身輕量化及其對連接技術的挑戰, 李永兵等, 機械工程學報,2012,18.
[2] Mazda News Release. Mazda develops world』s first steel and aluminum joining technology using friction heat[EB/OL]. [2006-07-02].

作為焊接屌絲男，遇到自己的研究方向，得好好科普一下，手機碼字太慢明天整理，（多圖慎入）
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先上結論：在汽車在運用鋁合金可有效的減輕車身的重量，但鋁－鋼在熔焊（電阻點焊、激光點焊）時無法形成有效的連接，目前主要採用鉚接的方法，連接強度低，攪拌摩擦焊為新型的固相焊接技術，焊接過程中材料不熔化，可有效抑制金屬間化合物（Fe4Al13）的生成，攪拌摩擦焊接過程中熱量輸入小，變形小，適合應用於汽車行業中。
再上框架：
1、是什麼；
2、發展現狀；
3、有什麼優勢；
1.攪拌摩擦焊是什麼，排名第一的人已經給大家介紹了，相信大家也有所了解，攪拌摩擦焊經歷了二十多年的必展，已經衍生出許多分支，而本田所採用的就是其變中之一：攪拌摩擦點焊（搭接），與排名第一所說的攪拌摩擦焊（對接）有一定的區別。
2.目前各大汽車生產商都採用機器人焊接，作為新型的焊接方法的攪拌摩擦點焊，應能適應機器人生產線的要求。目前汽車廠商的焊接主要分為電阻點焊，激光點焊(激光步進線焊)，攪拌摩擦點焊。上圖：（由於都是點焊，焊鉗基本類似，給大家來點直觀感覺，由於焊接能量不同，原理不同，形成的焊點因而不同。）

一般電阻點焊為C形鉗或X形鉗，電阻點焊是目前應該最為廣泛。

激光點焊（激光步進線焊）為新型的焊接方法（焊接效率高，質量好，y，是未來將取代電阻點焊）
用一個長約30～40 mm的焊線可取代電阻點焊機的2個焊點

攪拌摩擦點焊是新形的焊接方法，主要設備笨重，焊接效率低，接頭質量好，主要應用於輕金屬（鋁）的焊接、熔焊無法解決的問題（2、7系鋁合金焊接，鋁－鋼異種材料焊接）

電阻點焊的焊點在兩層板之間

激光步進線焊機（激光點焊）用一個長約30～40 mm的焊線可取代電阻點焊機的2個焊點，焊接效率高，質量好。

攪拌摩擦點焊在焊接過程中會留下匙孔（在攪拌頭拔出後）會降低接頭的強度。綜述一下：電阻電焊的目前的主流方向，主要用於各種鋼板之間的焊接
激光電焊（激光步進線焊），焊接質量高，效率高，適用面廣，是未來取代電阻點焊的新型焊接工藝，這項技術的推廣應用將帶來汽車車身焊接的革命性變化。
攪拌摩擦點焊（搭接），主要用於鋁合金的焊接，異種材料的焊接，主在用在其他焊接方法無法解決的焊接難題上。如鋁－鋼異種材料的焊接。未來會有自己的一席之地，但在汽車行業中運用攪拌摩擦點焊沒有太多革命性的變化。
但攪拌摩擦焊（對接）運用在鋁合金對接焊接中將帶來革命性變化，隨著汽車車身採用更多的鋁合金框架，攪拌摩擦焊也將大展拳腳，但由於攪拌摩擦焊依靠摩擦力實現焊接過程，焊接過程中載入力很大，且需要背部支撐，不適合柔性化化生產，其中需要克服的問題還有很多，機器人複合熱源攪拌摩擦焊可能是未來的發展方向。
哎，寫了這麼多，夫人不高興了，還是那一句科研窮三代，讀博毀一生，陪我家寶貝了。

作為焊接屌絲男兼設備生產商，看到一、二樓的介紹略感欣慰，介紹的已然非常詳細。講個實在的，攪拌焊作為壓焊的一種，對設備剛性要求較高，所以在串聯機器人上實現點焊並非易事，在機器人的噸位上提出了更高的要求，而焊接質量方面，從理論上來說確實要優於熔焊，但是攪拌焊中的弱連接目前仍無法準確檢測，也是頭疼的事情，不過日本人在這方面的研究已領先國內至少5年，相信其能在汽車上產業化應用，肯定有他的道理，在設備支持方面，我們任重而道遠吧。

攪拌摩擦焊技術很成熟了，關鍵是攪拌頭設計，旋轉速度和焊接速度，相比其他焊接方法簡單的多

這個應用的最大優勢就是解決了鋁和鋼的焊接問題，如果車門上的鋼能用某一型號的鋁合金金代替，攪拌摩擦焊的優勢就不明顯了，柔性差，自動化程度差。