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本文带您读懂搅拌摩擦焊设备的前世今生
发布时间:2020-03-27浏览次数:42

摩擦焊是利用工件端面相互运动、相互摩擦所产生的热,使端部达到热塑性状态,然后迅速顶锻,完成焊接的一种方法。摩擦焊可以方便地连接同种或异种材料,包括金属、部分金属基复合材料、陶瓷及塑料。摩擦焊方法在制造业中已应用40多年了,由于其生产率高、质量好获得了广泛的工程应用,但焊接的对象主要是回转形零件,虽然也有其它形式的摩擦焊技术出现,以克服被焊工件几何形状的限制或提高生产率,如相位摩擦焊、径向摩擦焊、线性摩擦焊等,但实际应用很少。最近还出现了摩擦堆焊,在工件上形成特殊性能的表面层。

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发展历史

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。


摩擦原理


搅拌摩擦焊方法与常规摩擦焊一样.搅拌摩擦焊也是利用摩擦热作为焊接热源。不同之处在于.搅拌摩擦焊焊接过程是由一个圆柱体形状的焊头(welding pin)伸入工件的接缝处,通过焊头的高速旋转,使其与焊接工件材料摩擦,从而使连接部位的材料温度升高软化.同时对材料进行搅拌摩擦来完成焊接的。焊接过程如图所示。在焊接过程中 工件要刚性固定在背垫上,焊头边高速旋转.边沿工件的接缝与工件相对移动。焊头的突出段伸进材料内部进行摩擦和搅拌,焊头的肩部与工件表面摩擦生热,并用于防止塑性状态材料的溢出,同时可以起到清除表面氧化膜的作用。

在焊接过程中,焊头在旋转的同时伸入工件的接缝中,旋转焊头与工件之问的摩擦热,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流向焊头的背后,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。焊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,目前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现在仍处于研究阶段。


摩擦特点


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。通常在Al合金焊接时,一个工具钢搅拌头可焊到800m长的焊缝。

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。

水冷板 (4)_副本.jpg

目前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,目前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。


发展现状

搅拌摩擦焊作为一种多学科交汇的新方法,可以发展出纵缝焊接、环缝焊接、无匙孔焊接、变截面焊接、自支撑双面焊接、空间3D曲线焊接、搅拌摩擦点焊、回填式点焊、搅拌摩擦焊表面改性处理、搅拌摩擦焊超塑性材料加工等多种连接加工方法和技术。

专业的搅拌摩擦焊生产厂家-精科大恒.jpg

河北大恒重型机械有限公司主要从事搅拌摩擦焊技术的推广及工业化应用,并致力于搅拌摩擦焊技术,希望为我国的搅拌摩擦焊设备事业发展壮大贡献力量。公司在铸造之乡河北沧州建立了专业化的生产车间,为来自航空、航天、船舶、轨道交通、电力电子、兵器装甲及装备的客户提供完美的搅拌摩擦焊接方案。主要产品包括:搅拌摩擦焊接设备、搅拌摩擦焊接搅拌头、搅拌摩擦焊技术服务、培训,以及与搅拌摩擦焊技术相关的各类产品,如水冷散热器、水冷板、铝合金机箱、筒体结构件等高附加值铝合金及铜合金产品。历经近十年的快速发展,将搅拌摩擦焊技术应用于我国航空、航天、船舶、列车、汽车、电子、电力等工业领域中,创造了可观的社会经济效益,为铝、镁、铜、钛、钢等金属材料提供了完美的技术解决方法,为国内外用户提供了不同类型、不同用途的搅拌摩擦焊工业产品加工,包括:航天筒体结构件、航空薄壁结构件、船舶宽幅带筋板、高速列车车体结构、大厚度雷达面板、汽车轮毂、集装箱型材壁板、各种结构散热器及热沉器等。

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