一、引言
随着中国经济的崛起，汽车消费的大幅度增长带动汽车工业进入又一个大发展时期，汽车工业迎来了新的发展机遇。但是，近期世界石油价格的快速增长使人们越来越关注汽车的使用成本以及制造。使用和回收等环节对人类环境的冲击和影响。如何降低油耗和制造成本达到安全、舒适、节能、环保的要求是汽车设计和制造面临的新挑战。世界汽车工业正在寻求利用新材料、新结构和新的制造技术来满足汽车工业发展的需要。其中，搅拌磨擦焊作为一种新型轻合金材料连接技术，受到越来越多汽车制造企业的关注。
二、搅拌磨擦焊技术
搅拌磨擦焊技术（Friction Stir Welding 简称FSW）是英国焊接研究所九十年代发明的一项新型固相连接技术。该技术的发明为铝合金、镁合金等有色轻金属材料的连接提供了新方法。
搅拌磨擦焊是一种连续的、纯机械的新型固相连接技术。如图所示。
其中搅拌头主要由轴肩和搅拌针两部分组成，焊接时一般根据待焊工件的材料、厚度和结构等选用不同形式的轴肩和搅拌针。
搅拌磨擦焊焊接过程是在搅拌头剧烈的旋转搅拌磨擦及锻压作用下，磨擦热使搅拌头周围的焊缝金属材料塑性软化，塑化材料随着搅拌头的旋转，由搅拌针的前部向后部转移过渡，过渡后的热塑化金属在搅拌轴肩的作用下，受到挤压和锻造，在此处塑性融合，最终得到由精细的锻造组织构成的焊缝接头。如果被焊接头材料温度升高，则由于材料的软化（甚至局部晶间熔化）降低了焊接过程中的磨擦热的产生与塑性变形的做功，接头金属温度就会下降，当温度低到一定程度时，磨擦和塑性变形做功的增加又会使接头温度升高，实际搅拌磨擦焊是一个温度动态自适应平衡过程，被焊接材料始终保持热塑化固相状态。由于整个焊接过程中被焊接金属材料没有经过“熔化─凝固”过程，所以得到的是优异的固相接头连接，所以搅拌磨擦焊接是一个固态连接过程。
搅拌磨擦焊工艺是自激光焊接问世以来最引人注目的焊接方法，它的出现将使铝合金等有色金属的连接技术发生革命性的进步。
三、汽车制造中的轻金属材料
汽车制造普遍采用的金属材料一种是薄板低碳钢,另一种是铝合金.铝合金材料很早就在国外越野汽车如LAND ROVER、运动赛车和高档轿车奥迪中使用，并且由于汽车发展轻量化趋势的要求，铝合金在汽车中的使用越来越多。有资料显示，铝合金代替传统的钢铁制造汽车可使整车重量减轻30%~40%，制造发动机可减轻30%，制造缸体和缸盖可减轻30%~40%，制造车轮可减轻50%。
铝合金具有很好的塑性加工性能，可以进行锻造、铸造、机械加工或挤压，制造成各种复杂零件，应用于汽车车体结构和发动机零部件。比如，奥迪汽车公司在A4、A8车型上采用了ASF结构的全铝制框架，其中包括铝板、挤压成型件以及铸造铝合金等铝制零件。专家预计，未来几年内铝合金材料在汽车工业中的使用量会逐渐增加。
四、汽车结构搅拌磨擦焊的优越性
搅拌磨擦焊在汽车工业中的初步应用表明，搅拌磨擦焊非常适应批量化产品的制造，经过程序和参数优化，基于机床和自动化实现的搅拌磨擦焊接质量具有非常高的一致性。
另外，搅拌磨擦焊汽车零件的的性能非常优越，针对铝合金材料，一般条件下接头机械性能指标都大于熔焊技术指标，如冲击韧性还高于母材指标。这些特性对提高汽车的安全性非常重要。
根据英国焊接研究所资料分析，搅拌磨擦焊对于汽车零件的制造具有如下优越性：
① 铝合金搅拌磨擦焊零件具有很好的拉伸强度和成形性能，易于制造和压力加工；
② 可以使铝合金结构的防撞性能和强度增加；
③ 可以保持零件尺寸稳定性和重复性；
④ 搅拌磨擦焊零件结构集成度增加，减少加强肋和接头数量；
⑤ 提高结构抗扭刚度和强度，提高零件的精度和尺寸偏差；
⑥ 可以使产品和零件的开发成本和时间减少，加快新产品的开发。
五、汽车工业搅拌磨擦焊的应用
目前，搅拌磨擦焊应用于汽车工业主要是大批量铝合金汽车缝合坯料（Tailor Welded Blanks,TWB）的制造以及小批量专用汽车的制造。
大批量汽车零件设计通常会考虑汽车不同强度需求和结构的对应，所以TWB经常被用来实现规模化零件的制造。对于铝合金TWB零件，普通熔焊（MIG焊）很难满足焊后成型工艺要求，容易产生缺陷，电子束、激光等新型焊接技术应用于铝合金零件制造，技术要求高，操作又非常复杂，所以搅拌磨擦焊在TWB零件上的应用即满足了结构强度的要求，光滑过渡的焊缝又为焊后成形提供了基础，容易制造出批量化零件。
另外，搅拌磨擦焊可以用于众多汽车零件的制造，尤其是投资少、批量小的特种汽车和运动型汽车的生产。目前，搅拌磨擦焊已经用于汽车车体顶棚加强板、车体后板加强结构件，铝合金发动机框架、发动机壳体内衬，悬挂系统和加强件，侧体内衬加强件，车门加强结构件等。
挪威Hydro Aluminum 公司首先利用搅拌磨擦焊实现了铝合金汽车轮殻的制造，即利用铝合金板搅拌磨擦焊成为筒体结构，再利用液压成形技术压制成设计形状，然后再利用搅拌磨擦焊将锻压或铸造轮副连接在轮鼓上。这种制造工艺即减轻了轮箍重量也简化了生产成本和提高生产效率。
汽车悬挂臂目前已经实现搅拌磨擦焊制造，在美国，Tower Automotive 公司首先利用搅拌磨擦焊为Ford公司生产铝合金悬挂臂，这是美国汽车市场第一次将搅拌磨擦焊用于汽车零部件制造。
综上所述，汽车的轻量化发展以及铝合金材料的大量应用使得搅拌磨擦焊在汽车中的应用越来越广泛，通过改善设计和结构，搅拌磨擦焊可以提高接头的强度和结构刚度，减少材料的厚度和减轻汽车的重量。未来这种新的焊接方法将会发展成为铝合金汽车的主导制造技术。
