Automobile Technology & Material
FSW点焊技术在车身铝薄板焊接中的应用
Fsw(friction Stir Welding)点焊新技术在车身铝薄板焊接中的应用进行了介绍，摘要：针对
同时论述了其工作原理、设备构成和品质检查标准等。此外，对生产应用过程中的关键技术以及实际发生的主要品质不良问题也进行了阐述和分析，希望为今后该项技术在中国的应用提供一些参考和借鉴。
关键词：FSW
摩擦点焊 铝合金 焊接工艺
中图分类号：TG442 文献标识码：B Doi：10.19710/j.cnki.1003-8817.20190077
1 前言
随着汽车轻量化不断发展，铝合金材料得到了广泛应用，铁-铝、铝-铝连接技术随之也得以快速
发展，目前主要使用的有自冲铆接（SPR）、自攻螺钉（FDS）、铝点焊、弧焊（MIG/MAG）、激光焊接、结构胶
连接等生产工艺[1]。搅拌摩擦焊(Friction Stir Weld⁃ ing FSW)作为一种使用固相连接的前沿技术，
简称
1）、焊接中无辅助添加物、无飞溅、
以其低成本（图无热变形以及无污染等突出优势，在国外汽车工业制造领域开始应用，但国内的汽车制造领域暂未见
FSW
到应用实例。本文将详细阐述 点焊原理及其加工技术在日本丰田汽车公司的应用现状。
2 FSW点焊技术应用现状2.1 FSW点焊技术概述
FSW点焊技术分为填料式和非填料式两种。以精益生产著称的丰田汽车公司结合品质、成本、生产应用等诸多因素，采用了非填料式生产工艺，
2并开始在全球推广使用。如图 所示，其主要工艺过程包括：第一阶段，焊枪旋转压入；第二阶段，摩擦材料软化，搅拌结合；第三阶段，焊枪拔出，焊接完成。在整个焊接过程中，只有伺服马达驱动焊枪做功，不需要冷却循环水、高压气流、大功率电流逆变器等能耗设备，与传统电阻点焊比较，降低
99%
能耗 [2]。
2.2 设备构成
FSW
点焊技术目前已经在机器人自动焊接方
面得到应用。FSW
点焊工作站与传统自动焊接基
本相同，主要由机器人本体及控制柜、FSW
焊枪、
夹具、工程控制柜及附属安全栅等构成。RX-8”型跑车
目前日本马自达公司在“马自达
FSW
点焊技术[3]。丰田汽车
后门框的焊接中应用了
FSW
公司与川崎重工联合开发了整套 点焊自动系统，并通过在机器人控制柜中增加扩展伺服控制单
3
元，实现了控制柜一体化，空间集约，如图 所示。FSW 4
焊接系统原理图如 所示。通过在机器FSW
人控制柜内扩展 控制单元，对焊枪两个伺服3.1.2 FSW
点焊对铝合金材料要求
FSW
点焊技术对铝合金材料有要求。一般用马达进行驱动，配合机器人内部伺服单元对机器
FSW
人本体驱动，实现 点焊。焊枪上压力传感器反馈的实际加压力与设定加压力对比，从而实现对实际加压力的修正。
3 FSW点焊品质控制3.1 焊点特征与材料要求
3.1.1 FSW
焊点特征
5、图6
如图 所示，传统电阻点焊依靠板材间的熔
FSW
合焊核连接，其连接强度高；而非填充式 焊接方式是利用板材焊点凹点四周固相连接，强度相对较
低。因此，通常使用在一般焊点的地方，但在▽S
焊点
2
（安全焊点）方面一般不使用，并且限定 层板使用。
2 5000
于汽车车身铝板合金主要有 个系列，分别为6000
系和 系。日本汽车厂主要使用新日铁、神户制
5000、6000
钢、日轻金等生产的 系列铝合金，其中
5000
系列非热处理合金的成型性差和加工硬化的
FSW点焊；6000
特点，使其不适合 系列属于热处理合金，具有良好的成型性和烘烤硬化等特点，主要
FSW
用于车身板件，可作为 点焊的主要材料。
3.2 品质保证标准
3.2.1 FSW
焊点厚度管理
FSW点焊焊点厚度( 7 左)
通过 图 与剪切强度关系可以发现，焊点的剪切强度与焊点厚度存在一定相关性,如图8
所示。焊点切片检查固然可以直观观察到焊点固相熔合情况，但是在实际的品质检查中无法做到全部切片检查。因此在板厚一FSW
定的条件下，可通过设定 点焊焊点的厚度标准来间接判断焊点品质。3.2.2 FSW
焊点结合直径管理通过焊点剥离实验可以发现，焊点结合直径( 9 右) 8图 与剪切强度关系基本呈线性关系，如图所示。因此在日常管理中可同时通过焊点的剥离破坏性检查，来测量残留焊点直径，制定品质管理范围来保证强度。
3.3 日常质量检查
综上所述，品质保证体系中可通过四种方法相结合的方式进行品质检查。第一种，测量焊点厚度；第二种，进行剥离焊点，检查焊点结合直径；第三种，重要焊点切片检查；第四种，同传统电阻点焊一样，采用非破坏式凿子检查。通过制定合理的检查频率，最终维持品质的稳定，防止出现不合格品。
4 生产应用关键技术4.1 关于设备
FSW 0.8～2.5 mm
点焊焊接中，对于常见的 板
3 500～ 6 000 N
材组的焊枪加压力一般在 。焊枪在使用过程中，焊枪臂或摩擦旋转杆发生挠性形变，导致工件发生变形，引发质量问题。焊点示教
10。
时需要进行水平与上下位置修正，见图
在焊接过程中，在高加压力下高速旋转的摩擦杆实际会发生磨损，需要焊接前进行自动测量
11
并进行磨损修正，图 为焊接杆图。
另外，使用中也发现旋转摩擦杆在有冷却条件下比没有冷却条件下焊点厚度以及品质更稳
12
定，寿命更长，如图 所示。因此焊枪冷却系统的良好状态与焊枪焊接前温度监控也是必要的。同时，制备耐高温、耐磨、端头结构合理的旋
FSW
转摩擦杆也是 点焊技术成功的关键。
4.2 关于质量
FSW 2点焊常见的质量问题主要如表 所示。在日常生产中需要制定设计、生产技术和制造要
件等相关标准来确保制造合格品，同时需要制定品质检查体制，来防止不合格品进入下一工序。
根据设计、生产技术和制造要件从以下各方面制定标准：a、设计合格品的条件，如焊点位置、板材材质、板材构造以及板材搭配；b，生产合格品
的技术条件，优化调试出恰当的参数（焊接时间、转速、加压力）、恰当的焊接摩擦杆型号、足够的冷却时间以及合理的变形量补偿量：c、制造合格品
的条件，为维持生产准备阶段所设定的设备与质量标准，需要持续监视设备相关参数、及时点检设备和更换备品，确保生产条件的一致性。
5 结束语
在节能减排、轻量化车身的大趋势下，低能
FSW
耗、低环境影响的 点焊技术会不断发展成熟，或将成为铝合金车身制造中主流的焊接技术。通
FSW
过对 点焊技术在实际应用过程中的经验总结以及对设备原理、品质管理方法以及相关关键技术等的阐述，希望对该项技术在国内的铝合金车身制造中得以推广应用提供一定的参考和借鉴。
参考文献：
[1] 陈玉胜. 铝合金车身及连接技术. 汽车工艺师, 2018
（3）：49~50.
[2] Mazda. Mazda Develops World's First Aluminum Joining Technology Using Friction Heat, Mazda News Release, February27,2003.http://www.mazda.com/publicity/release/ 200302/022 7e.html.
[3] 刘步丰, 朱文峰.从电阻点焊(RSW)到摩擦点焊(FSW)—
.科技资讯, 2008（8）：18~铝合金车身焊接装配新工艺
19.
[4] 王丹. 铝合金汽车板应用及生产现状. 上海有色金属.
上海.2013(9):131~132.