電子束與摩擦焊(編輯修改稿)
2025-01-19 00:17 本頁(yè)面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 藝及其新近展 (1)連續(xù)驅(qū)動(dòng)摩擦焊 (2)慣性摩擦焊 旋轉(zhuǎn)焊件與一個(gè)飛輪相連 (3)線性摩擦焊 線性摩擦焊技術(shù)，是兩個(gè)工件以一定的頻率和振幅進(jìn)行往復(fù)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生熱量進(jìn)行的焊接，它可以將方形、圓形、多邊形截面的金屬或塑料焊接在一起。它可以焊接更不規(guī)則截面的構(gòu)件，象葉片與渦輪等。最初應(yīng)用于塑料焊接， 80年代后期用于航空發(fā)動(dòng)機(jī)整體鈦合金葉盤(pán)的制造。 (4)攪拌摩擦焊 攪拌摩擦焊 技術(shù)是 1991年英國(guó)焊接研究所發(fā)明的固相連接技術(shù)，它在航空、航天、船舶、海洋工業(yè)、武器裝備以及高速列車(chē)等領(lǐng)域的輕結(jié)構(gòu)制造中的應(yīng)用研究得到廣泛開(kāi)展。同時(shí)也引起了我國(guó)科技工作者的高度重視，先后開(kāi)展了一些攪拌摩擦焊的研究工作。 (5)相位摩擦焊 可實(shí)現(xiàn)有相位要求的工件的摩擦焊接，擴(kuò)大了摩擦焊的應(yīng)用領(lǐng)域。目前生產(chǎn)中對(duì)如六方形斷面的零件、八方鋼、汽車(chē)操作桿、花鍵軸、撥叉、兩端帶法蘭的軸等均要求采用相位摩擦焊。在電控技術(shù)和機(jī)械技術(shù)高度發(fā)展的前提下，為大噸位相位摩擦焊機(jī)的研制提供了可能。 (6)徑向摩擦焊 徑向摩擦焊由于其引入中間旋轉(zhuǎn)加壓圓環(huán)，不僅改變了摩擦面的方向，焊件也由相對(duì)旋轉(zhuǎn)加壓變?yōu)橄鄬?duì)固定加壓，它非常適合于長(zhǎng)管子的焊接，同時(shí)它還可以把薄壁銅環(huán)焊接到彈體外壁上，能夠使軍工產(chǎn)品升級(jí)換代。 3摩擦焊設(shè)備與工程應(yīng)用 隨著摩擦焊技術(shù)的廣泛應(yīng)用，摩擦焊設(shè)備也得到了迅速的發(fā)展， 2023年不完全統(tǒng)計(jì)全世界共有 5000多臺(tái)摩擦焊機(jī)用于焊接生產(chǎn)。 為了適應(yīng)大型和特殊部件的焊接，要研制我國(guó)的大型和微型的摩擦焊機(jī)。 為適應(yīng)特種用途還要開(kāi)發(fā)慣性摩擦焊、徑向摩擦焊，攪拌摩擦焊、雙頭摩擦焊，立式摩擦焊及水下摩擦焊等多種特種摩擦焊機(jī)。在制造及監(jiān)控技術(shù)方面要本著柔性和自動(dòng)化來(lái)設(shè)計(jì)。焊機(jī)可附加很多自動(dòng)化設(shè)備和加工裝置，從而創(chuàng)造出一個(gè)高度柔性和自動(dòng)化的完整系統(tǒng)，以適應(yīng)用戶(hù)的各種要求。 攪拌摩擦焊 (friction stir welding ,簡(jiǎn)稱(chēng) FSW) 是由英國(guó)焊接研究所 ( The Welding Institute , 簡(jiǎn)稱(chēng) TWI) 于 1991 年提出的一種固態(tài)連接方法 攪拌摩擦焊技術(shù)是世界焊接技術(shù)發(fā)展史上自發(fā)明到工業(yè)應(yīng)用時(shí)間跨度最短和發(fā)展最快的一項(xiàng)固相連接新技術(shù) 截止 2023 年 9 月 15 日 ,得到英國(guó)焊接研究所( TWI) 攪拌摩擦焊專(zhuān)利技術(shù)許可的用戶(hù)己經(jīng)有 78 家 ,與攪拌摩擦焊技術(shù)相關(guān)的專(zhuān)利技術(shù)有 551 項(xiàng)。 4攪拌摩擦焊 采用攪拌摩擦焊技術(shù)不僅能焊接幾乎所有熔焊能夠焊接的金屬 ,而且能焊接許多熔化焊接性能差的金屬 ,如鋁合金、鈦合金、銅合金等 攪拌摩擦焊除了具有摩擦焊的特點(diǎn)外，更重要的是可焊接各種板材的焊接接頭，因此可用于結(jié)構(gòu)焊接 . 攪拌摩擦焊發(fā)明初期主要解決厚度 ~6毫米的鋁合金板材焊接問(wèn)題 。 1996年，用 FSW技術(shù)解決了 6～ 12毫米的鋁、鎂、銅合金的連接。 1997年實(shí)現(xiàn)了 12~25毫米厚鋁合金板的攪拌摩擦焊，并且在宇航結(jié)構(gòu)件上得到應(yīng)用。 1999年攪拌摩擦焊可以焊接 50毫米厚的銅合金及 75毫米厚度的鋁合金零件和產(chǎn)品。 2023年，英國(guó)焊接研究所已經(jīng)能夠單道單面實(shí)現(xiàn)100毫米厚鋁合金板材的攪拌摩擦焊。 迄今，在材料的厚度上，單道焊可以實(shí)現(xiàn)厚度為~100mm鋁合金材料的焊接；雙道焊可以焊接 180mm厚的對(duì)接板材。 最近 ,又開(kāi)發(fā)了可以連接 焊技術(shù)。 攪拌摩擦焊為固相連接方法，采用該方法實(shí)現(xiàn)銅連接避免了熔焊方法的諸多缺陷和不足。焊縫外觀均勻光滑，無(wú)缺陷，相對(duì)于熔焊焊接變形極小。焊接操作簡(jiǎn)單，焊前只需丙酮等有機(jī)溶劑去除結(jié)合面油脂，無(wú)需開(kāi)坡口去除氧化膜；焊后無(wú)需去除余高，提高了生產(chǎn)效率。焊接過(guò)程能耗小，無(wú)需填充材料，焊接成本低 . 圖 攪拌摩擦焊焊接紫銅板全貌 金屬在焊接過(guò)程中不熔化，熱輸入量小；焊縫的連接是在金屬受擠壓的狀態(tài)下完成的，焊接接頭不會(huì)產(chǎn)生熔化焊焊接接頭的氣孔和裂紋等一類(lèi)缺陷，焊縫缺陷少；攪拌摩擦焊類(lèi)似于機(jī)械加工過(guò)程，容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制，而且沒(méi)有熔化焊中的電壓，電流，強(qiáng)光，金屬粉塵等現(xiàn)象，工作環(huán)境環(huán)保清潔。 最重要的是，攪拌摩擦焊接頭的力學(xué)性能優(yōu)于熔焊接頭。試驗(yàn)數(shù)據(jù)表明焊接接頭的抗拉強(qiáng)度達(dá)到了母材的 91％，試樣延伸率達(dá)到了 25％，接頭組織晶粒細(xì)化、均勻而致密，消除了母材的鑄造缺陷。 與傳統(tǒng)鎢極氬弧焊（ TIG）和熔化極氬弧焊（ MIG）焊接相比較，攪拌摩擦焊在接頭力學(xué)性能上具有明顯的優(yōu)越性。 例如 ,對(duì)于 2023T6鋁合金， FSW焊接頭性能比 TIG焊高 16％ 。對(duì)于 2023T6鋁合金， FSW焊接頭性能比 TIG焊高 22％。 攪拌摩擦焊接頭性能數(shù)據(jù)一致性較好，工藝穩(wěn)定，焊接接頭質(zhì)量容易保證。 攪拌摩擦焊也有其局限性， 例如：焊縫末尾通常有匙孔存在（目前已可以實(shí)現(xiàn)無(wú)孔焊接）； 焊接時(shí)的機(jī)械力較大，需要焊接設(shè)備具有很好的剛性；與弧焊相比 ,缺少焊接操作的柔性；不能實(shí)現(xiàn)添絲焊接。 5 攪拌摩擦焊原理 (1)一個(gè)帶有特型攪拌針的攪拌頭旋轉(zhuǎn)并緩慢的將攪拌針插入兩塊對(duì)接板材之間的焊縫處。一般來(lái)講 ,攪拌針的長(zhǎng)度接近焊縫的深度。 (2)當(dāng)旋轉(zhuǎn)的攪拌針接觸工件表面時(shí) ,與工件表面的快速摩擦產(chǎn)生的摩擦熱使接觸點(diǎn)材料的溫度升高 , 強(qiáng)度降低。攪拌針在外力作用下不斷頂鍛和擠壓接縫兩邊的材料，直至攪拌頭軸肩緊密接觸工件表面為止，由旋轉(zhuǎn)軸肩和攪拌針產(chǎn)生的摩擦熱在軸肩下面和攪拌指頭周?chē)纬纱罅康乃芑瘜印? (3)當(dāng)工件相對(duì)攪拌針移動(dòng)或攪拌針相對(duì)工件移動(dòng)時(shí) ,在攪拌針側(cè)面和旋轉(zhuǎn)方向上產(chǎn)生的機(jī)械攪拌和頂鍛作用下 ,攪拌針的前表面把塑化的材料移送到攪拌針后表面。 (4)在攪拌針沿著接縫前進(jìn)時(shí) ,攪拌頭前部的對(duì)接接頭表面被摩擦加熱至超塑性狀態(tài)。攪拌針和軸肩磨擦接縫 , 破碎氧化膜，攪拌和重組攪拌針后方的磨碎材料。攪拌針后方的材料冷卻后就形成焊縫，可見(jiàn)此焊縫是在熱 — 機(jī)聯(lián)合作用下形成的固態(tài)焊縫。 攪拌摩擦焊技術(shù)所涉及到的主要技術(shù)術(shù)語(yǔ)定義 攪拌頭（ Pin tool）－攪拌摩擦焊的施焊工具； 攪拌頭軸肩（ Tool Shoulder）－攪拌頭與工件表面接觸的肩臺(tái)部分； 攪拌針（ Tool Pin）－攪拌頭插入工件的部分； 前進(jìn)側(cè)（ Advancing Side）－焊接方向與攪拌頭軸肩旋轉(zhuǎn)方向一致的焊縫側(cè)面； 回轉(zhuǎn)側(cè)（ Retreating Side）－焊接方向與攪拌頭軸肩旋轉(zhuǎn)方向相反的焊縫側(cè)面 攪拌摩擦焊除了具有普通摩擦焊技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)外，還可以進(jìn)行多種接頭形式和不同焊接位置的連接。
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