提出了一种新的铝板搭接工艺——摩擦点焊。

为了降低车辆重量以提高燃油效率，汽车制造商越来越多地使用轻质铝合金来制造车门、发动机罩、后备箱盖和其他组件。

这种材料上的变化迫使汽车制造商寻找替代方案，以替代经过验证的白色车身组装方法——电阻点焊。尽管电阻点焊能够在铝板上制造搭接接头，但它需要比钢多三倍的电力。更多的功率意味着更高的成本和更短的电极寿命。

因此，汽车制造商尝试了几种用于电阻点焊的替代品，包括斑点铆接，自刺穿铆钉甚至超声波焊接。现在是一种新方法，摩擦点加盟。

通过将旋转圆柱形工具施加到压力下的纸张上来执行摩擦点连接。在工具的尖端处是一个称为引脚的螺纹投影。工具的配置和尺寸，尤其是销钉，根据材料，纸张的厚度和关节的强度要求，以及Kawasaki Robotics USA Inc.的生产工程经理，父母公司日本通过马自达汽车公司开创了这个过程

摩擦点连接类似于摩擦搅拌焊接，其于1991年由焊接研究所引入。这两种技术都使用带有销的旋转工具。然而，在摩擦搅拌焊接中，该工具沿两个金属板之间的接缝横穿，而在摩擦点接合中，该工具一直到一个斑点。

该过程有四个步骤。首先，该工具垂直于工作表面定位，并且开始旋转。根据应用，该工具可以快速旋转为4,500转。接下来，将该工具推抵靠顶板的表面。根据应用，施加到纸张的轴向载荷可以为1,470至5,880牛顿。（背杆可防止凹陷并确保该工具不能简单地直接穿过纸张。）

旋转工具产生的摩擦将材料加热到高达700k的温度。热量使材料软化，但不会融化它们。不到1秒，销钉就会进入软化的金属。在销钉完全插入工件之后(销钉没有完全穿透底部板材)，工具继续旋转，并在预定的时间内对接头施加压力。在这一阶段，将销周围的材料搅拌在一起，并将搭接的板冶金统一在销周围的区域。

在这一点上，工具从表中提取，并完成接头。整个过程大约需要2秒。

接缝的顶部有一个圆形凹痕，沿其外缘有一个小的环形凸起。被推到背杆上的表面是没有瑕疵的。

因为这个过程不应用过多的热量，翘曲是最小的，即使有数百个接头。该工艺不会产生飞溅、烟雾或电磁噪声。

过程参数

该过程的关键参数是转速，轴向力和力的持续时间。工具的速度通常保持恒定。一旦引脚接触工件，轴向力迅速增加。一旦到达设定点，力就会保持恒定。工具进入纸张的速度相当恒定，直到肩部接触工作表面。此时，当然，速度速度降低并停止。

工程师可以设置这些变量以适应特定的应用程序。此外，所有这三个变量都可以进行质量控制。

在不改变刀具的情况下，刀具穿透板材的深度是不能改变的，因为它取决于销钉的长度。较厚的薄片需要较长的针。销钉由工具钢制成，螺纹呈锥形，像螺丝钉一样。“这就是(软化金属)混合的原因，”卡里尔解释说。“那条线能深入到材料中。当材料流动时，它会随着螺纹在接头上下移动。”

根据应用程序，汇编程序可以预期加入工具持续数十万个关节，并且马自达声称可以从一个工具获得超过100万个关节。

摩擦点焊被用于0.94到3毫米厚的薄板上。“我们所做的最厚的应用是将一块3毫米厚的钢板焊接到一块3毫米厚的钢板上，”Carrier说。焊接更厚的板是可能的，但更长的插入时间可能成为一个问题。

虽然该技术最初是为铝开发的，但它也可以应用于其他轻质合金，例如镁。马自达使用摩擦点加入焊接铝和镀锌钢，为其MX-5跑车的行李箱盖，一些制造商正在调查钢结构的技术。

“钢对钢焊接的问题是工具寿命降低，”开利说。“我们正在研究陶瓷和其他化合物，以提高工具的使用寿命。”

设备及接头设计

摩擦点连接系统有两个伺服电机。一个旋转连接工具;另一个推动工具对工件。连接工具相对于背杆，背杆固定在c形框架的末端。系统总重约125公斤。

力、刀具速度和其他工艺参数都是数字化控制的。该系统不需要冷却水或压缩空气，消耗电阻点焊设备所需功率的5%。

连接系统可以作为一个独立的台架机器或与六轴机器人集成。在后一种配置中，机器人控制器不仅可以用来控制机器人本身，还可以用来控制连接系统中的伺服电机。

“对于大的零件，我们把(连接系统)安装到机器人上，这样它就可以绕着零件移动，”开利说。

台座式机器适用于小型组件。在这种情况下，操作员将零件送入机器，并通过脚踏开关激活连接循环。或者，机器可以自动操作，与六轴机器人定位零件组装。

当设计一个摩擦点连接的装配时，关键的考虑是允许进入装配的两侧的工具。在连接不同厚度的板材时，最好将较厚的板材放在底部。

摩擦点焊接头强度优于点焊，与电阻焊相当，但小于自冲孔铆钉。因此，工程师们将需要大约相同数量的接头，摩擦点连接产生的装配与电阻焊。

“这取决于材料和应用程序，”载体说。“我们已经看到了从焊缝中的良好性能[通过摩擦点加入]，有时我们能够减少关节的数量。”

摩擦点连接可以应用于其他行业而不是汽车。轨道车辆，船和飞机的装配商可以使用该技术将铝板连接到内部框架上。设备的装配架，标志板和电气机箱可以使用该技术将支架零件连接到面板。