攪拌摩擦焊接的工藝原理
發(fā)布日期:2012-11-01 蘭生客服中心 瀏覽:7005
攪拌摩擦焊的英文是FrictionStirWelding縮寫為FSW,于1991年由英國焊接研究所(TWI)發(fā)明的。它是利用間接摩擦熱實現(xiàn)板材的連接。這種方法打破了原來摩擦焊只限于圓形斷面材料焊接的概念,是上個世紀(jì)末本世紀(jì)初最新的鋁及其合金的焊接技術(shù)。自從攪拌摩擦焊發(fā)明以來,攪拌摩擦焊技術(shù)在世界各國突然興起,得到廣泛的關(guān)注和深入的研究,并向生產(chǎn)適用化發(fā)展,特別是針對鋁合金材料,世界范圍的研究機(jī)構(gòu)、學(xué)校以及大公司都對此進(jìn)行了深入細(xì)致的研究和應(yīng)用開發(fā),并且在諸多制造工業(yè)領(lǐng)域得到了成功應(yīng)用。
近年來,為了保護(hù)環(huán)境、節(jié)約能源,人們強(qiáng)烈希望汽車、飛機(jī)、機(jī)車車輛、船舶等運(yùn)輸機(jī)械輕量化。為此,積極開發(fā)、研制適用于這些運(yùn)輸機(jī)械的輕金屬材料,例如鋁及其鋁合金。
鋁及其鋁合金材料由于重量輕、抗腐蝕、易成形等優(yōu)點(diǎn);隨著新型硬鋁、超硬鋁等材料的出現(xiàn),使得這類材料的性能不斷提高,因而在航空、航天、高速列車、高速艦船、汽車等工業(yè)制造領(lǐng)域得到了越來越廣泛的應(yīng)用。除了運(yùn)輸機(jī)械外,土木建筑、橋梁等領(lǐng)域也引入了鋁及其鋁合金。
這些結(jié)構(gòu)的安裝連接主要以焊接為主要連接方式。在鋁及其鋁合金的焊接中,存在的主要問題之一是由于它的膨脹系數(shù)大而在焊接時產(chǎn)生較大的變形。為了防止變形,在施工現(xiàn)場,必須采用胎卡具固定,和由培訓(xùn)過的熟練工人操作。因為鋁及其鋁合金容易氧化,表面存在一層致密、堅固難熔的氧化膜,所以焊前要求對其表面進(jìn)行去膜處理;焊接時,要用氬等惰性氣體進(jìn)行保護(hù)。鋁及鋁合金焊接時,易產(chǎn)生氣孔、熱裂紋等缺陷,也是焊接時必須注意的問題。對于熱處理型鋁合金來說,必須避免在焊接時熱影響區(qū)產(chǎn)生軟化,強(qiáng)度降低的問題。為了解決鋁及鋁合金熔化焊時出現(xiàn)的以上問題,開發(fā)研制出一種新的固相焊接方法,即攪拌摩擦焊。
攪拌摩擦焊方法與常規(guī)摩擦焊一樣。攪拌摩擦焊也是利用摩擦熱作為焊接熱源。不同之處在于.攪拌摩擦焊焊接過程是由一個圓柱體形狀的焊頭(weldingpin)伸入工件的接縫處,通過焊頭的高速旋轉(zhuǎn),使其與焊接工件材料摩擦,從而使連接部位的材料溫度升高軟化.同時對材料進(jìn)行攪拌摩擦來完成焊接的。焊接過程如圖所示。在焊接過程中工件要剛性固定在背墊上,焊頭邊高速旋轉(zhuǎn).邊沿工件的接縫與工件相對移動。焊頭的突出段伸進(jìn)材料內(nèi)部進(jìn)行摩擦和攪拌,焊頭的肩部與工件表面摩擦生熱,并用于防止塑性狀態(tài)材料的溢出,同時可以起到清除表面氧化膜的作用。
在焊接過程中,焊頭在旋轉(zhuǎn)的同時伸入工件的接縫中,旋轉(zhuǎn)焊頭與工件之間的摩擦熱,使焊頭前面的材料發(fā)生強(qiáng)烈塑性變形,然后隨著焊頭的移動,高度塑性變形的材料流向焊頭的背后,從而形成攪拌摩擦焊焊縫。攪拌摩擦焊對設(shè)備的要求并不高,最基本的要求是焊頭的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動和工件的相對運(yùn)動,即使一臺銑床也可簡單地達(dá)到小型平板對接焊的要求。但焊接設(shè)備及夾具的剛性是極端重要的。焊頭一般采用工具鋼制成,焊頭的長度一般比要求焊接的深度稍短應(yīng)該指出,攪拌摩擦焊縫結(jié)束時在終端留下個匙孔。通常這個匙孔可以切除掉,也可以用其它焊接方法封焊住。針對匙孔問題,目前已有伸縮式攪拌頭研發(fā)成功,焊后不會留下焊接匙孔。
圖2-1攪拌摩檫焊原理圖
攪拌頭由特殊形狀的攪拌指棒和軸肩組成。攪拌指棒的長度等于板厚,但一般情況下,它的長度比母材的厚度稍短一些;而軸肩的直徑大于攪拌指棒的直徑。
與常規(guī)摩擦焊一樣,攪拌摩擦焊也是利用摩擦熱作為焊接熱源。不同之處在于,攪拌摩擦焊焊接過程是由一個圓柱體形狀的焊頭(weldingpin)伸入工件的接縫處,通過焊頭的高速旋轉(zhuǎn),使其與焊接工件材料摩擦,從而使連接部位的材料溫度升高軟化,同時對材料進(jìn)行攪拌摩擦來完成焊接的。焊接過程如圖1所示。在焊接過程中,工件要剛性固定在背墊上,焊頭邊高速旋轉(zhuǎn),邊沿工件的接縫與工件相對移動。焊頭的突出段伸進(jìn)材料內(nèi)部進(jìn)行摩擦和攪拌,焊頭的肩部與工件表面摩擦生熱,并用于防止塑性狀態(tài)材料的溢出,同時可以起到清除表面氧化膜的作用。
圖1攪拌摩擦焊接過程示意圖
在焊接過程中,焊頭在旋轉(zhuǎn)的同時伸入工件的接縫中,旋轉(zhuǎn)焊頭與工件之間的摩擦熱,使焊頭前面的材料發(fā)生強(qiáng)烈塑性變形,然后隨著焊頭的移動,高度塑性變形的材料流向焊頭的背后,從而形成攪拌摩擦焊焊縫。
攪拌摩擦焊對設(shè)備的要求并不高,最基本的要求是焊頭的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動和工件的相對運(yùn)動,即使一臺銑床也可簡單地達(dá)到小型平板對接焊的要求。但焊接設(shè)備及夾具的剛性是極端重要的。焊頭一般采用工具鋼制成,焊頭的長度一般比要求焊接的深度稍短。
應(yīng)該指出,攪拌摩擦焊縫結(jié)束時在終端留下個匙孔。通常這個匙孔可以切除掉,也可以用其它焊接方法封焊住。
-
汽車散熱器攪拌摩擦焊接機(jī)床
散熱器屬于汽車?yán)鋮s系統(tǒng),發(fā)動機(jī)水冷系統(tǒng)中的散熱器由進(jìn)水室、出水室、主片及散熱器芯等三部分構(gòu)成。冷卻液在散熱器芯內(nèi)流動,空氣在散熱器芯外通過。熱的冷卻液由于向空氣散熱而變冷,冷空氣則因為吸收冷卻液散出的熱量而升溫,所以散熱器是一個熱交換器。
2013-09-09 -
鋁合金板材的攪拌摩擦焊接與傳統(tǒng)焊接
一、傳統(tǒng)的鋁合金板材焊接 傳統(tǒng)的鋁合金板材焊接,主要有氣焊、焊條電弧焊、惰性氣體保護(hù)焊(TIG或MIG)、鎢極交流氬弧焊、鎢極脈沖氬弧焊等方法。必須要做一系列的輔助工作: (一)、焊前準(zhǔn)備 1、焊前清理:包括化學(xué)清洗和機(jī)械
2013-09-09 -
雙軸肩攪拌摩擦焊接機(jī)(SRPT)的優(yōu)勢
攪拌摩擦焊作為一種輕合金材料連接的優(yōu)選焊接技術(shù),已經(jīng)從技術(shù)研究發(fā)展到工程化和工業(yè)應(yīng)用階段。 一、雙軸肩攪拌摩擦焊的工作原理 雙軸肩攪拌摩擦焊是通過上下軸肩夾持作用加緊工件,下軸肩代替了常規(guī)攪拌摩擦焊的墊板裝置。攪拌針與驅(qū)動裝置及下軸
2013-09-09 -
雙軸肩鋁合金板件攪拌摩擦焊接技術(shù)
攪拌摩擦焊接利用高速旋轉(zhuǎn)的攪拌頭和封肩與金屬摩擦生熱使金屬處于塑性狀態(tài),隨著攪拌頭向前移動,金屬向攪拌頭后方流動形成致密焊縫的一種固相焊方法。 攪拌摩擦焊作為一種固相焊接方法,焊接前及焊接過程中對環(huán)境的污染小。焊前工件無需嚴(yán)格的表面清理
2013-09-09