鐵氟龍加工-低成本焊接鋼板等高熔點材料

通過攪拌摩擦焊方式焊接鋼和鋁合金鐵氟龍塗裝的技術，日本東北大學和日立開發出了可焊接鋼和钛等高熔點金屬的钴合金攪拌頭。以前在量産水平上只限于鋁合金與銅合金、鎂合金這樣的低熔點金屬的攪拌摩擦焊的用途開始擴大到鋼等熔點更高的金屬*1。

*1 在標准大氣壓下，鋁的熔點爲660℃，銅爲1083℃，鎂爲651℃。而鐵高達1539℃，钛高達1727℃。

摩擦熱使金屬軟化爲粘液狀

攪拌摩擦焊是指，利用圓柱頂端設有突起（攪拌針）的攪拌頭，從對接的兩塊板（母材）或重疊的兩塊板的需要焊接的部位上方，使攪拌頭邊旋轉邊推壓，將兩塊板焊接在一起的技術（圖1）。

旋轉的攪拌針與板材之間産生的摩擦熱，會使攪拌針周圍的金屬軟化爲粘液狀，旋轉的攪拌針借此插入板中。這樣一來，攪拌針周圍軟化了的金屬便會混合在一起（發生塑性流動），使兩塊金屬板融爲一體，或是在兩塊金屬板的接合面形成金屬鍵，使二者融爲一體。

以前缺少耐高溫的攪拌頭

攪拌摩擦焊的優點有以下四點：（1）因爲無需熔化母材即可焊接（固相焊），所以焊接後的變形及焊接缺陷都很少，因此可提高産品的品鐵氟龍質並降低成本；（2）比熔化焊接節能；（3）不需要保護氣體；（4）噪聲小且不産生粉塵。而且，該技術對異鐵氟龍加工種材料的焊接也非常有效，因此備受業界關注，有望通過按各個部位選擇適當的材料，來達到輕量化等效果*2。但正如篇首介紹的那樣，以前能在量産水平上使用攪拌摩擦焊的材料只限于低熔點金屬。

*2 攪拌摩擦焊與熔化母材的液相焊——熔化焊接相比，焊接溫度低，容易通過設置焊接條件來控制焊接輸入熱量。因此，可輕松減少導致焊接強度降低的罪魁禍首——金屬間化合物的生成。通過減小金屬間化合物層的厚度，可提高焊接部位的強度。進行攪拌摩擦焊時，若攪拌過度，同樣會生成大量金屬間化合物。

攪拌摩擦焊的用途以前只限于低熔點金屬的原因在于，缺乏適合量産的低價位耐高溫攪拌頭。鐵氟龍噴塗對鋁合金實施攪拌摩擦焊時，一般使用工具鋼等鋼鐵材料制成的攪拌頭。用這種攪拌頭焊接鋼及钛合金等高熔點金屬時，在能使這些金屬軟化的高溫區域，攪拌頭也會軟化，導致攪拌頭磨損嚴重而無法使用。盡管采用陶瓷及鎢铼合金等非鋼鐵材料的攪拌頭已開發出來，但這些攪拌頭的價格非常高，並不適合量産。

無需攪拌就能使鋼露出新生面

本田開發的利用攪拌摩擦方式焊接鋼和鋁合金的技術，用于接合重疊的鋼和鋁合金母材。其最大特點是只攪拌鋁合金而不攪拌鋼（圖1中的下圖）。這樣便可防止攪拌頭的溫度過高。

無需攪拌鋼即可將鋼和鋁合金焊接在一起是因爲，在鋼和鋁合金之間形成了金屬鍵。也就是說，該技術鐵氟龍焊接並未攪拌鋼，而是去除了鋼表面的塗膜和氧化膜。通過這種方法，使鋼的新生面裸露出來，並使其與通過攪拌而提高了活性的鋁合金之間形成了金屬鍵。這種金屬鍵的存在使鋼和鋁合金融爲一體*3。

*3 鋼和鋁合金之間進入水等之後會發生雙金屬腐蝕（電蝕），該技術通過在鋼和鋁合金之間插入矽膜防止了這種現象。

本田在面向北美市場的新款“雅閣”的前副車架中采用了該技術，並獲得了多種效果。具體而言，不僅重量比原來的鋼制副車架減輕了25％，而且焊接時的耗電量減少了約50％。另外，還采用該技術更改了副車架與懸挂安裝部位的構造，使安裝部位的剛性提高了20％，從而爲提高車輛運動性能作出了貢獻。

通過新材料擴大應用領域

另一方面，東北大學、日立制作所及日立金屬精密儀器開發出了可耐受高溫的價位較低的攪拌頭，從而擴大了攪拌摩擦焊的應用範圍。該攪拌頭采用的材料由東北大學和日立制作所共同開發，這種材料和攪拌頭（鑄件）的量産技術由日立制作所和日立金屬精密共同開發成功。該攪拌頭可用來對鋼、钛合金及锆合金等高熔點金屬實施攪拌摩擦焊，預定2013年秋季開始銷售。雖然日立金屬精密儀器表示“價格今後會討論”，但估計會設定在可在量産水平使用的價格帶。