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摩擦焊接过程包括四个阶段
1、将焊接工件近焊接环;
2、使焊接工件与填充环接触,并使焊接环开始旋转;
3、轴向压力开始上升,从而使温度升高,直至达到锻造温度;
4、焊接环停止旋转并施以最后的锻造力。
第二个阶段为干摩擦阶段,此时使焊接组件在最初的低压下开始接触,以清理端面,使之达到预热程度,并在第三个阶段开始之前减小摩擦系数。本阶段需要持续一段时间。因为此时摩擦系数颇大,故需颇大的功率来旋转焊接圆环。
第三阶段压力开始升高,焊接组件之间的摩擦加大。施焊材料变得脆弱并呈现 - 流淌 - 状态,即形成 - 烧化 - 的现象。材料的 - 熔化 - 使污物从焊缝界面上清除掉。,当预先设置的短管到达限定的位置时,本阶段的工作结束,旋转应尽可能快的停止。
第四个阶段即最后一个阶段,压力会上升到足以使焊接组件达到能锻接在一起的程度。由于没有热输入,该阶段可对接合件进行附加的机械加工,以促进显微组织的进一步精细化。可借助液压缸或气动锤冲击管端的方式施加锻造压力。本阶段一旦结束,焊接过程便宣告完成,便可将焊接工件立即拆卸。
摩擦焊接
把要对接的两个热塑性塑料制品的待接表面相互接触旋转,而使其相继发生摩擦生热,接合面受热熔化,以致在压力下结为整体的一种焊接法。
摩擦焊接不仅可用于塑料制品焊接,还可以用于钢-钢,钢-铝,铜-铝等不同表面的焊接,而这些是普通焊接很难做到的。摩擦焊接速度很快,每个工件只需要几秒,而普通焊接需要数倍的时间。而且摩擦焊接不产生电焊烟尘和锰、镍等对人体有害的职业病危害因素。摩擦焊接的强度也很大,有时甚至比材料本身的强度还要大,也就是当外力用力拉扯时,首先断裂的是没有焊接的材料本身而不是焊接点。
摩擦焊接的起源可追溯到公元1891年,当时美国批准了这种焊接方法的第一个专利。该专利是利用摩擦热来连接钢缆。随后德国、英国、前苏联、日本等国家先后开展了摩擦焊接的生产与应用。我国早在1957年就通过封闭加压原理实验成功了铝-铜摩擦焊。经过50多年的发展,摩擦焊接以其优质、精密、高效、节能的特色,在航空、航天、核能、海洋开发等高技术领域及电力、机械制造、石油钻探、汽车制造等产业部门都得到了广泛的应用。
摩擦焊接是一种锻造焊接过程。在压力作用下,两个管件表面之间发生摩擦,摩擦力产生热量形成焊缝。两个表面之间的相对运动或摩擦要持续进行,直到产生足够的热量为止。之后,停止摩擦,两部分便在足够的作用力下锻接在一起,形成焊缝。在大多数应用场合下,都是对管件圆周或圆柱状零部件进行焊接,相对运动容易产生摩擦。有两种不同的摩擦焊接方式,其不同点是将能量传入该系统的途径不同:有连续驱动方式,或利用储存的惯性能量进行方式。
传统的摩擦焊方法的不足之处是,对不能旋转的零部件不能够实施焊接。管体可能有18m那么长,为了使摩擦焊接法能够用于管道焊接,开发出一种新的改型。这种新的改型与传统的摩擦焊接方法的主要区别是:在刚性圆环形成过程中,采用不同的填充材料。焊接圆环被放置在两根管子之间,在轴向压力下旋转焊接圆环,即可产生所需要的摩擦力和与之相关的热量。当两部分组件相互接触时,在旋转的焊接圆环与两根管子之间的摩擦便可使接触区的温度升高,直至达到相互锻接的温度为止。在此瞬间,焊接环的旋转很快停止,轴向压力随之升高到最终的锻接压力。锻接压力可借助爆炸力(液动或气动)来施加。
摩擦焊接是一种锻造焊接过程。在压力作用下,两个管件表面之间发生摩擦,摩擦力产生热量形成焊缝。两个表面之间的相对运动或摩擦要持续进行,直到产生足够的热量为止。之后,停止摩擦,两部分便在足够的作用力下锻接...
上海胜春机械:出口印度、法国、波兰、韩国、、朝鲜、日本及东南亚地区等国际市场。经济型MCH-A经济型系列摩擦焊机为我公司1998年自主研发的机型,该机型主要用于各种轴类、管类零件的焊接。可焊金属范围广...
摩擦焊是实现焊接的固态焊接方法。在压力作用下,是在恒定或递增压力以及扭矩的作用下,利用焊接接触端面之间的相对运动在摩擦面及其附近区域产生摩擦热和塑形变形热,使及其附近区域温度上升到接近但一般低于熔点的...
生产实践证明,作为热压焊之一的摩擦焊,除了具有一般热压焊的优点外,还有其突出的优点。
1.焊接接头的质量高而且稳定。基本上能达到100%的合格率,接头强度一般都超过母材。这是因为在摩擦焊的整个过程中,焊接表面在固相状态下,始终受轴向力的镦锻作用。另外,由于利用焊接表面的相互摩擦作为热源,整个表面同时被加热,焊接时间极短,热影响区小,因此,只要合理地选择焊接规范,焊机设计得当,焊接规范的重现性好,就完全可以避免裂纹、气孔、夹渣及未溶透等熔化焊时所常见的缺陷,而得到均匀一致的接头质量。
2.具有比较广泛的可焊性。它不仅可用来焊接相同的金属材料,而且特别适用于性能相差较大的异种金属的焊接。某些异种金属用普通的熔化焊或闪光对接焊时,会由于接头内生成金属间脆性化合物而无法进行焊接或难以得到优质的接头。采用摩擦焊接时,可以在较广的范围内选择和控制焊接温度,并且焊接时间很短,因此能比较容易地防止或大大减少金属间脆性化合物的生成,从而获得良好的焊接接头。
3.焊件的尺寸精度和几何精度高。摩擦焊机实际上相当于一台带有加压机构的车床,按照现代机床的设计及制造技术来讲,使它具有足够的精度及刚性并不困难。此外,再采用适当的控制方法,可使焊件在焊接后的长度误差小于±0.2毫米,偏心度可在0.2毫米之内。
4.降低了制造成本。摩擦焊时,焊件的焊接余量小,焊口的装配要求不高,焊接功率小,省电能。
5.劳动条件好。没有火花、弧光、有害气体,也无振动、无噪音等。
6.摩擦焊容易实现全自动化。
结合分析焊接过程,对于同类金属的摩擦焊接可分为三个阶段:
①两个焊件接触表面开始摩擦,首先是使表面附着的氧化物及杂质受到破坏与排除,同时接触表面凹凸不平的地方产生塑性变形,晶粒受到破坏,结果是接触面被加热,并显露出较平整的纯洁金属表面。
②对纯洁金属的接触表面继续进行摩擦运动,使接触面温度继续升高,塑性变形增大,开始产生金属的相互“粘接”现象(即局部焊合)。随着摩擦运动的继续,焊件接触表面附近的温度迅速上升,并接近或达到焊接温度。
③当到达焊接温度时,金属塑性很大。在急速停止相对运动并加以很大的顶锻压力时,使两个焊件产生很大的塑性变形,接触表面金属原子更靠近,出现相互扩散和晶间连系,形成共同的重结晶、中间化合物及少量的再结晶晶粒,从而把两焊件焊接在一起。
对于异种金属的摩擦焊接,由于两金属的硬度、塑性与熔点的差异,其摩擦焊接过程的机理也有区别。例如铜铝在摩擦焊接过程中,最初是两种金属原子在摩擦热与压力作用下,相互渗透扩散。在接头表面形成两种金属的合金。这种合金和原来金属性能不同,如塑性降低,强度增高。所以最初是铜铝金属之间的摩擦,当形成极薄的合金层后,由于它的强度比铝高,在铝的一侧就成为抗剪强度最低点,所以摩擦逐渐变为合金层与铝之间的摩擦。可见铜铝摩擦焊接是以铜的摩擦面为基础成长起来的。这种概念从试验观察也可得到证实,如果摩擦到最后不施加顶锻力,即把两焊件分开,可以明显地看到在铜件上已焊上一层极薄的含铜的合金。这层合金随时间增长而变厚,并逐渐趋于纯铝,这时合金厚度就不再增长了。当然,如果最后施加了顶锻力,两者就焊在一起了。
利用热塑性塑料间摩擦所生成的摩擦热而使其在摩擦面发生熔化,而后加压,在压力下冷却使其焊合的方法称为摩擦焊接。此法最适用于旋转体制件。与金属摩擦焊类似,焊接时一件固定,另一件旋转并加压力。
焊接实心部件时,由于旋转体外缘线速度高,故摩擦热自中心至外缘递增,使接头处存在焊接应力,为此可将焊合面做成球面状,以期摩擦先在中心处发生,而后逐渐推向边缘。
对于热塑性塑料可用焊接的方法得到满意的接头。在实际生产中除焊接外还可以对塑料进行粘合和机械连接,尤其是对那些不能用焊接方法焊合的塑料只能用粘结和机械连接。
在两个焊件的焊接端面上加一定的轴向压力,并使接触面作剧烈的摩擦运动,摩擦产生的热,把接触面加热到一定的焊接温度(一般为稍低于材料的熔点,如碳钢的焊接温度)时急速停止运动,并施以一定的顶锻压力,使两个焊件金属产生一定量的塑性变形,从而把两个焊件牢固地焊接在一起。
紫铜厚板的搅拌摩擦焊接
采用搅拌摩擦焊接方法对厚度为25mm的T2紫铜厚板进行了单道对接焊试验,并对焊缝的微观组织、力学性能、导电特性及焊缝能谱进行了分析.结果表明,用搅拌摩擦焊方法焊接25mm厚的T2紫铜板,可得到成形美观、内部无缺陷的平板对接接头.在旋转速度为960r/min、焊接速度为70mm/min时,搅拌摩擦焊的焊接接头的抗拉强度可达到186.6MPa,搅拌摩擦焊接头的电阻率与母材基本相当.
搅拌摩擦焊接技术研究进展
介绍了搅拌摩擦焊接技术的焊接工艺、焊接机理、焊接数值模拟及难点,提出应从复合搅拌摩擦焊接技术工艺和搅拌头的再设计等途径解决搅拌摩擦焊接高熔点合金与黑色金属的技术问题。
摩擦焊接工艺是利用焊接接触端面相对运动中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,完成焊接的一种压焊方法。国内摩擦焊接的种类有:搅拌摩擦焊接和震动摩擦焊接。不仅可用于塑料制品焊接,还可以用于钢-钢,钢-铝,铜-铝等不同表面的焊接,而这些是普通焊接很难做到的。
摩擦焊接工艺速度很快,每个工件只需要几秒,而普通焊接需要数倍的时间。而且摩擦焊接不产生电焊烟尘和锰、镍等对人体有害的职业病危害因素。摩擦焊接工艺的强度也很大,有时甚至比材料本身的强度还要大,也就是当外力用力拉扯时,首先断裂的是没有焊接的材料本身而不是焊接点。2100433B
第1章 绪论1
1.1 搅拌摩擦焊接原理1
1.2 搅拌摩擦焊接特点1
1.3 接头形式及焊接材料3
1.4 搅拌摩擦焊接专利许可与授权6
1.5 搅拌摩擦焊接技术应用8
1.5.1 搅拌摩擦焊接技术在造船业的应用8
1.5.2 搅拌摩擦焊接技术在铁道车辆制造上的应用10
1.5.3 搅拌摩擦焊接技术在飞机制造业的应用11
1.5.4 搅拌摩擦焊接技术在航天制造业的应用14
1.5.5 搅拌摩擦焊接技术在其他工业方面的应用17
1.6 搅拌摩擦焊接技术的常用术语18
1.7 小结19
第2章 搅拌头与搅拌摩擦焊接设备20
2.1 搅拌头的研制与开发20
2.1.1 搅拌头的构成20
2.1.2 搅拌头材料选择21
2.1.3 搅拌头形状设计28
2.1.4 工程用常见搅拌头37
2.1.5 搅拌头的改进措施39
2.2 搅拌摩擦焊接设备40
2.2.1 搅拌摩擦焊接设备分类40
2.2.2 搅拌摩擦焊接设备结构43
2.2.3 常见搅拌摩擦焊接设备简介53
2.3 小结59
第3章 铝合金搅拌摩擦焊接工艺60
3.1 焊接工艺参数60
3.1.1 搅拌头旋转速度60
3.1.2 焊接速度67
3.1.3 焊接压力77
3.1.4 焊接线能量78
3.1.5 焊接扭矩和焊接能量83
3.2 影响焊接接头性能的工程因素86
3.2.1 焊接间隙87
3.2.2 板厚差88
3.2.3 板材表面处理状态90
3.2.4 搅拌头偏移量91
3.3 理想的参数规范93
3.3.1 旋转速度与焊接速度参数范围93
3.3.2 焊接装配范围98
3.3.3 铝合金常用焊接规范102
3.4 小结103
第4章 铝合金搅拌摩擦焊接接头组织及力学性能104
4.1 搅拌摩擦焊接接头组织104
4.1.1 焊缝外观形貌104
4.1.2 搅拌摩擦焊接接头宏观组织104
4.1.3 搅拌摩擦焊接接头微观组织109
4.2 铝合金搅拌摩擦焊接接头力学性能117
4.2.1 铝合金搅拌摩擦焊接接头性能优势117
4.2.2 常见搅拌摩擦焊接接头力学性能119
4.2.3 接头力学性能各层异性123
4.3 接头显微硬度127
4.3.1 典型铝合金搅拌摩擦焊接接头显微硬度127
4.3.2 焊接工艺参数对接头显微硬度的影响133
4.3.3 接头显微硬度的各层异性134
4.4 接头断口分析137
4.5 小结144
第5章 搅拌摩擦焊接缺陷定义及分类145
5.1 表面缺陷145
5.1.1 飞边145
5.1.2 匙孔147
5.1.3 表面下凹147
5.1.4 毛刺148
5.1.5 起皮150
5.1.6 背部粘连151
5.1.7 表面犁沟152
5.1.8 背部间隙153
5.2 内部缺陷154
5.2.1 未焊透缺陷155
5.2.2 弱结合缺陷156
5.2.3 孔洞型缺陷158
5.2.4 结合面氧化物残留162
5.3 搅拌摩擦焊接接头缺陷产生机理163
5.4 小结167
第6章 搅拌摩擦焊接接头缺陷检测技术168
6.1 剖切检查169
6.2 X射线无损检测169
6.2.1 X射线无损检测原理169
6.2.2 X射线无损检测特点171
6.2.3 X射线无损检测实例172
6.3 超声波反射法无损检测173
6.3.1 常规超声波检测及实例173
6.3.2 变角度超声波无损检测及实例177
6.3.3 超声波检测特点181
6.4 相控阵超声波无损检测181
6.4.1 相控阵超声波无损检测与传统超声波检测
技术的区别182
6.4.2 相控阵超声波无损检测技术的基本原理183
6.4.3 相控阵超声波声束扫描模式184
6.4.4 相控阵超声波无损检测技术特点186
6.4.5 相控阵超声波无损检测设备187
6.4.6 相控阵超声波无损检测技术应用实例188
6.5 小结191
第7章 搅拌摩擦焊接接头缺陷修补技术192
7.1 搅拌摩擦补焊192
7.2 摩擦塞补焊194
7.2.1 摩擦塞补焊原理194
7.2.2 摩擦塞补焊分类196
7.2.3 摩擦塞补焊工艺197
7.2.4 摩擦塞补焊接头组织206
7.2.5 摩擦塞补焊在搅拌摩擦焊接接头缺陷修补
中的应用209
7.2.6 摩擦塞补焊缺陷与防止措施211
7.3 小结214
第8章 搅拌摩擦焊接温度场215
8.1 搅拌摩擦焊接温度场检测216
8.1.1 焊接材料种类对温度场的影响216
8.1.2 焊接材料厚度对温度场的影响219
8.1.3 工艺参数对温度场的影响222
8.2 搅拌摩擦焊接过程温度场数值模拟222
8.2.1 不考虑搅拌针产热的热源模型223
8.2.2 考虑搅拌针产热的热源模型226
8.3 小结240
第9章 搅拌摩擦焊缝金属流动试验及数值模拟241
9.1 焊缝金属流动试验241
9.1.1 异种材料焊接241
9.1.2 急停技术244
9.1.3 嵌入标记材料245
9.1.4 典型铝合金搅拌摩擦焊缝金属流动实例250
9.2 搅拌摩擦焊缝金属流动数值模拟258
9.2.1 数值模拟简介258
9.2.2 典型铝合金搅拌摩擦焊缝金属流动数值模拟262
9.3 小结266
第10章 搅拌摩擦焊接技术的发展267
10.1 高熔点金属的搅拌摩擦焊接技术267
10.1.1 搅拌头材料选择268
10.1.2 搅拌头结构设计272
10.1.3 焊接设备要求275
10.1.4 典型高熔点金属搅拌摩擦焊接275
10.2 复合热源搅拌摩擦焊接技术284
10.2.1 以激光为辅助热源的复合搅拌摩擦焊接技术284
10.2.2 以等离子弧为辅助热源的复合搅拌摩擦焊接技术286
10.3 搅拌摩擦点焊288
10.3.1 搅拌摩擦点焊的基本原理289
10.3.2 搅拌摩擦点焊特点292
10.3.3 搅拌摩擦点焊工艺294
10.3.4 搅拌摩擦点焊焊接设备306
10.3.5 搅拌摩擦点焊技术的应用310
10.4 小结312
参考文献313
摩擦焊接不仅可用于塑料制品焊接,还可以用于钢-钢,钢-铝,铜-铝等不同表面的焊接,而这些是普通焊接很难做到的。摩擦焊接速度很快,每个工件只需要几秒,而普通焊接需要数倍的时间。而且摩擦焊接不产生电焊烟尘和锰、镍等对人体有害的职业病危害因素。摩擦焊接的强度也很大,有时甚至比材料本身的强度还要大,也就是当外力用力拉扯时,首先断裂的是没有焊接的材料本身而不是焊接点。