在发现生产铝这种节约成本的材料的合适方法后,下一步就是对这种基础材料进行加工和改良。
纯铝有一些独特而重要的特征。举个例子,防腐性和电导性。但是,由于纯铝承载率相对较低,所以不是进行结构焊接装配的材料。人们很快发现,在纯铝中添加相对小量的合金元素,铝的特性会发生很大改变。生产批铝合金,其中之一就是铝-铜合金。1910年左右,发现合金家族中的沉淀物硬化现象。许多这些沉淀物硬化合金在发展中的飞机业产生的效益立竿见影。紧跟着铝-铜合金,许多其它合金也发展起来。研究发现,通过加入像铜(Cu),锰(Mn), 镁(Mg),硅(Si)和锌(Zn)和这些元素的混合物,纯铝的各种物理和机械特征发生了明显的变化。许多这些新合金都能匹配质量好的碳钢的承载力——三分之一的重量。
许多新的适合结构应用的铝合金的发展又提出了一个问题,就是找到合适的连接方法。首先要有合适的母材。但如果没有连接这一材料的实际可行的方法,把这种材料作为装配材料也不现实。
搅拌摩擦焊技术是英国焊接研究所(The Welding Institute,简称 TWI)于1991年发明的,并于次年在英国申请了发明专利,同时陆续在世界各国申请了专利保护。得到专利保护并公开以来,搅拌摩擦焊技术首先并主要在铝合金、镁合金等轻金属结构领域得到越来越广泛的应用,同时在高熔点材料领域也获得了一定发展。
在焊接过程中,搅拌针在旋转的同时伸入工件的接缝中,旋转搅拌头(主要是轴肩)与工件之间的摩擦热,使焊头前面的材料发生强烈塑性变形,然后随着焊头的移动,高度塑性变形的材料逐渐沉积在搅拌头的背后,从而形成搅拌摩擦焊焊缝。搅拌摩擦焊对设备的要求并不高,基本的要求是焊头的旋转运动和工件的相对运动,即使一台铣床也可简单地达到小型平板对接焊的要求。但焊接设备及夹具的刚性是极端重要的。搅拌头一般采用工具钢制成,焊头的长度一般比要求焊接的深度稍短。应该指出,搅拌摩擦焊缝结束时在终端留下个匙孔。通常这个匙孔可以切除掉,也可以用其它焊接方法封焊住。针对匙孔问题,已有伸缩式搅拌头研发成功,焊后不会留下焊接匙孔。