什么是搅拌摩擦焊,搅拌摩擦焊有哪些特点?( 二 )


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,最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 。
关于在搅拌摩擦过程中界面原子的运动仍处于研究阶段 。
搅拌摩擦焊接是什么技术?为什么是大型火箭及航天的焊接新宠?这种焊接和其他如激光焊接有什么区别?搅拌摩擦焊是一种新技术,在铝、铜等低熔点低硬度金属焊接上有优势 。
它是通过摩擦使金属产生的热量进行焊接的,与传统摩擦焊的区别在于,它不仅摩擦金属表面,同时用一根搅棍插入到金属内部进行摩擦(搅拌),使焊接的深度以及结合深度大大提高 。
搅拌摩擦焊不用焊丝,热影响范围小,特别适合易开裂、易变形的场合 。
目前这种技术的应用范围有限,主要是航空航天领域在探索应用 。
搅拌摩擦焊的发展历史【什么是搅拌摩擦焊,搅拌摩擦焊有哪些特点?】搅拌摩擦焊(Friction Stir Welding,简称FSW)是英国焊接研究所(The Welding Institute)于1991年发明的专利焊接技术 。搅拌摩擦焊除了具有普通摩擦焊技术的优点外,还可以进行多种接头形式和不同焊接位置的连接 。挪威已建立了世界上第一个搅拌摩擦焊商业设备,可焊接厚3—15mm、尺寸6×16的Al船板;1998年美国波音公司的空间和防御实验室引进了搅拌摩擦焊技术,用于焊接某些火箭部件;麦道公司也把这种技术用于制造Delta运载火箭的推进剂贮箱 。下面主要介绍搅拌摩擦焊的方法、过程、特点以及搅拌摩擦焊在中国的发展现状 。
搅拌摩擦焊的特点焊接过程中也不需要其它焊接消耗材料,如焊条、焊丝、焊剂及保护气体等 。唯一消耗的是焊接搅拌头 。
同时,由于搅拌摩擦焊接时的温度相对较低,因此焊接后结构的残余应力或变形也较熔化焊小得多 。特别是Al合金薄板熔化焊接时,结构的平面外变形是非常明显的,无论是采用无变形焊接技术还是焊后冷、热校形技术,都是很麻烦的,而且增加了结构的制造成本 。
搅拌摩擦焊主要是用在熔化温度较低的有色金属,如Al、cu等合金 。这和搅拌头的材料选择及搅拌头的工作寿命有关 。当然,这也和有色金属熔化焊接相对困难有关,迫使人们在有色金属焊接时寻找非熔化的焊接方法 。对于延性好、容易发生塑性变形的黑色材料,经辅助加热或利用其超塑性,也有可能实现搅拌摩擦焊,但这就要看熔化焊和搅拌摩擦焊哪个技术经济指标更合理来决定 。
搅拌摩擦焊在有色金属的连接中已获得成功的应用,但由于焊接方法特点的限制,仅限于结构简单的构件,如平直的结构或圆筒形结构的焊接,而且在焊接过程中工件要有良好的支撑或村垫 。原则上,搅拌摩擦焊可进行多种位置焊接,如平焊,立焊,仰焊和俯焊;可完成多种形式的焊接接头,如对接、角接和搭接接头,甚至厚度变化的结构和多层材料的连接,也可进行异种金属材料的焊接 。
另外,搅拌摩擦焊作为一种固相焊接方法,焊接前及焊接过程中对环境的污染小 。焊前工件无需严格的表面清理准备要求,焊接过程中的摩擦和搅拌可以去除焊件表面的氧化膜,焊接过程中也无烟尘和飞溅.同时噪声低 。由于搅拌摩擦焊仅仅是靠焊头旋转并移动,逐步实现整条焊缝的焊接,所以比熔化焊甚至常规摩擦焊更节省能源 。
由于搅拌摩擦焊过程中热输入相对于熔焊过程较小,接头部位不存在金属的熔化,是一种固态焊接过程,在合金中保持母材的冶金性能,可以焊接金属基复合材料、快速凝固材料等采用熔焊会有不良反应的材料 。其主要优点如下:
(1)焊接接头热影响区显微组织变化小.残余应力比较低,焊接工件不易变形;
(2)能一次完成较长焊缝、大截面、不同位置的焊接.接头高:
(3)操作过程方便实现机械化、自动化,设备简单,能耗低,功效高,对作业环境要求低: