由于汽车制造商扩大了车辆中的铝，因此对替代连接技术的兴趣，例如摩擦搅拌点焊（FSSW）正在增加。
FSSW也被称为摩擦搅拌点加入，大约从2003年开始出现。这一工艺由马自达汽车公司(Mazda Motor Corp.)和川崎重工(Kawasaki Heavy Industries)开发，用于组装RX-8跑车的铝罩和后门。此后，丰田汽车(Toyota Motor Corp.)、通用汽车(General Motors Co.)、福特汽车(Ford Motor Co.)、菲亚特克莱斯勒汽车(Fiat Chrysler Automobiles)和标致雪铁龙(PSA Peugeot Citroen)一直在使用FSSW。这项技术也引起了飞机、电器、卡车、火车、越野设备甚至消费电子产品制造商的兴趣。
现在，FSSW作为一种将铝连接到铝的工艺已经确立，研究人员正在研究是否可以将铝连接到钢，钢连接到钢。此外，最近还引入了进程的一个变体—重新填充fssw。由于它生产的关节比原来的工艺更美观，重新填充FSSW有望扩大该技术的应用。
它是如何工作的
FSSW是固态焊接方法 - 焊接期间的部件不会熔化。它不需要焊剂，填充金属或屏蔽气体，但它可以与粘合剂或密封剂结合使用。
通过将旋转圆柱形工具施加到压力下的金属板上来执行该过程。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，片材的厚度和接头的强度要求而变化。
FSSW类似于摩擦搅拌焊接。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。工具速度变化，取决于材料的厚度和等级。对于5000或6000系列铝，刀具速度通常为约2,000rpm。对于其他应用，该工具可以快速旋转为4,500 rpm。
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。（为了防止牙齿牙齿，在接头的背面需要支撑。这可以由C框架，背杆或夹具提供。）
来自纺纱工具的摩擦将材料加热到高达700 K的温度。该工具将材料加热到塑料状态，但不会熔化它们。在不到1秒钟内，销进入软化的金属。在销完全进入工件之后 - 销不完全穿透底部片材 - 该工具继续旋转并向接头施加压力预定的时间长度。在该阶段，销周围的材料一起搅拌在一起，并且研磨板在销周围的区域中冶金统一。
在这一点上，工具被从板中提取出来，关节就完成了。整个过程需要2秒或更少，取决于材料。
接头的顶侧具有沿其外边缘的小环形突起的圆形压痕。后表面是无瑕疵的。
对于许多应用，顶部表面上的凹凸或火山口无关紧要。但是，如果美学或空气动力学是重要的，这是一个问题，这就是导致补充FSSW的开发的原因。
再填充FSSW采用三件床工具，而不是单旋转工具。仍然存在旋转销，但是它被套筒围绕，套筒沿与销相同的方向和速度旋转，并且夹紧环，其不旋转。
Coldwater Machine Co.的高级焊接工程师Mike Spodar解释说，在工艺开始时，所有三种工具都对薄板施加向下的力。针和套管加热材料，并开始穿透顶部薄板。接下来，销钉稍微缩回，而套筒继续向下进入底部表。在预先设定的距离，套筒反转方向，销钉再次向下移动。当套筒和销钉与工作表面平齐时，旋转停止，工具固定到位，使接头冷却。
虽然重新填充FSSW所创造的关节并不比标准过程所创造的关节更强壮，但它们更美观。这个过程会在纸的顶部形成一个平坦光滑的表面。在接头的底部几乎没有标记，在接头的表面，工具所在的地方，有同心环。”
关键变量是焊接时间、焊接深度和刀具速度。套管可扩展至8毫米，以允许焊接厚板或多个板。斯波达说:“套筒只需要插入底部部件。“它不需要渗透很多。通常情况下，我们需要在底部材料中植入0.2到0.3毫米。”
由于额外的步骤，请重新填充FSSW略微慢于标准过程。“每毫米厚度约为1秒钟，但我们可以比这更快地移动，”Spodar说。“对于1毫米厚的部分，它将是0.5到0.8秒，另一秒钟，另外0.5秒。”
可以使用独立的基座机器执行FSSW和再填充FSSW，或者可以与三轴机架机器人或六轴铰接机器人集成。无论哪种方式，工程师都应确保在工具上方和周围提供足够的通道。
优点和局限性
与其他连接方法相比，FSSW和再填充FSSW具有许多优点。首先，这个过程不受表面氧化物或污染物的影响。而且，因为这个过程没有施加过多的热量，即使有数百个接头，薄板的翘曲也是最小的。这个过程不会产生飞溅、烟雾或电磁噪声。
另一个优势是实力。在测试中，川崎重工使用填充FSSW焊接60片6061-T6铝(0.635毫米厚)和2024-T3铝(0.508毫米厚)。川崎发现，接头的平均搭接剪切强度为2363牛顿。相比之下，同样的材料用电阻点焊连接，平均搭接剪切强度为1002牛顿，而用直径0.125英寸的铆钉连接，平均搭接剪切强度为1257牛顿。再填充FSSW制成的关节也具有较好的疲劳强度。
除了产生更强的接头，FSSW比电阻点焊更节能。
“当你比较经济学时，摩擦点加入......川崎机器人产品和先进工程的机器人帕特尔说，摩擦点加入......是其他方法的次数，即其他方法的成本，如电阻焊接，铆接或铆接，”川崎机器人产品高级工程公司（美国) Inc. “You don’t need a power supply. You don’t need water cooling.”
使用更少的电力还意味着机器人的服装套装更便宜，也更轻便。斯波达说:“这里没有大的电源线需要拖着走。”
由于没有耗材，Patel说，FSSW也比紧固件更具成本效益，如铆钉或铆钉螺母。紧固件还加重组装，它们可以引入电抗腐蚀的风险。
接下来是什么
虽然汽车行业已成为FSSW的早期采用者，但航空航天行业正在追赶。例如，Kawasaki的航空航天师使用FSSW来组装直升机的驾驶舱门。而且，商业喷气机的制造商正在寻找技术，以替换铆钉将铝制皮肤连接到桁条和框架的方法。考虑到喷射器包含数百万铆钉，对FSSW的成本和重量节省的可能性是巨大的。
为了实现这个目标，川崎开发了一个独特的双机器人系统，用于组装大型航空航天组件。一个六轴机器人配备有焊接工具，而另一个在组件的相对侧上工作，配备有背杆以支撑接头的后侧。这两个机器人精确地正常工作，从一个关节移动到下一个关节。对于额外的刚度，每个机器人上的两个轴中的两个不是旋转轴，而是由滚珠丝杠驱动的线性。
“这些机器人可以支撑超过一大吨轴向力，”Patel说。“有非常僵硬的。”
还正在进行研究以确定该技术是否可用于将铝加入钛，铝到镁，铝到钢，钢和钢。Patel表示，问题是，为各种合金和厚度组合开发工艺参数需要时间和资金。与电阻点焊不同，这是几十年的过程开发，FSSW仍处于其亲属
婴儿期。“我们还没有数据，”Patel说。
至少用于含有钢的组件的另一个问题是工具寿命。使用铝制，装配机可以期待加入工具持续数十万个关节。马自达声称可以从一个工具获得超过100万个关节。加入钢材时，刀具的寿命将会更低。
Patel说:“使用搅拌摩擦点焊将钢与钢连接在一起是否具有经济合理性还有待确定。”
