简介

 针对低延展性高强轻合金铆接开裂问题，国外提出了预加热自冲铆接方法，虽然能够有效解决开裂问题，但加热装置复杂导致工艺成本增加，而且预热-铆接组合会大幅增加工艺耗时、降低装配效率，增加车身制造成本，难以满足车身制造的快节拍、低成本要求。申请人团队摒弃传统的预加热铆接思路，发明了集加热和铆接于一体的自冲摩擦铆焊新工艺，开发了具有自主知识产权的高效率集成化装备，利用铆钉高速旋转产生摩擦热实现轻合金的实时按需软化，抑制了开裂，大幅缩短了工艺耗时，显著提升了连接性能，突破了传统自冲铆接工艺的技术瓶颈。

【技术指标】

（1）铝合金AA7075-T6自冲摩擦铆焊接头强度系数达母材的91%，与自冲铆接工艺相比接头强度提升了139%，韧性提高了720%。

（2）铝合金AA5182-O自冲摩擦铆焊接头疲劳寿命较自冲铆接提升了15%。

（3）铝合金AA6061-T6与镁合金AZ31B自冲摩擦铆焊接头剪切强度达镁合金母材的83%，与自冲铆接工艺相比接头强度提升了63%，韧性提高了402%。

（4）工艺耗时不超过2秒，与现有热辅助自冲铆接工艺相比，工艺周期缩短了60%。

【关键技术】

（1）机械-固相复合连接热力协同控制技术：提出两段式工艺，在摩擦软化阶段，通过铆钉高速旋转、低速进给控制界面摩擦热的生成和传导，解决了低延展性材料铆接开裂的顽疾；在停转顶锻阶段，通过铆钉停转并快速进给增强铆钉和周围材料之间的热、力作用强度，提升接头中的机械互锁和加工硬化，消除了铆钉搅拌产生的间隙缺陷，实现了机械互锁与固相连接的协同控制。

（2）动态接触界面组织状态热力调控技术：通过转速和进给速度协调控制铆钉的搅拌摩擦过程，使动态接触界面附近形成塑性流动层，利用剪切流变使层内金属发生动态再结晶，形成包覆铆钉的超细晶粒层，同时在铆钉内腔截留金属与凹模侧板材金属界面通过剪切流动层扩展形成大范围超细晶粒区，在机械连接的基础上实现了全界面、高性能固相连接。

（3）双机械互锁-固相复合强化技术：通过对摩擦产热和铆钉变形的协调控制，分别在铆钉空腔内、外侧与被连接材料形成双向机械互锁，同时实现铆钉与周围材料的全界面固相连接。双向机械互锁与固相连接相复合，阻碍了外载作用下铆钉的旋转、收缩和拉脱失效，显著提升了接头的剪切强度和疲劳寿命，突破现有单一机械连接或固相连接接头的性能极限。

【应用领域】

（1）自冲摩擦铆焊技术的应用能够解决7系铝合金、镁合金、铸铝等高比强度轻合金的不可铆问题，推动高比强度轻合金在汽车工业中的应用，提升我国汽车的轻量化水平和市场竞争力，产生较好的经济效益。

（2）自冲摩擦铆焊技术不仅能够解决高比强度轻合金的不可铆问题，还能提升传统5系、6系铝合金接头的静态强度和疲劳寿命，适用性强，在汽车领域成熟应用后，可进一步拓展到机车、空天领域轻合金薄壁结构的高性能制造，是传统干涉配合铆接、抽芯铆接的潜在替代技术。 

上海交通大学成果