固相焊接

扩散焊过程的三个阶段：
• 第一阶段变形和交界面的形成。在温度和压力的作用下，微观凸 起部位首先接触和变形，在变形中表面吸附层被挤开，氧化膜被 挤碎，凸点产生塑性变形，开始形成金属键连接。 • 第二阶段晶界迁移和微孔的消除。原子扩散和再结晶的作用，开 始形成焊缝。 • 第三阶段体积扩散，微孔和界面消失。原子扩散向纵深发展，在 界面处达到冶金连接。
2.5焊接方法(系统)设备与装置组成
• 主系统轴：主要由主轴电动机、传动带、离合器、制动器、轴承 和主轴等组成，主轴系统传送焊件所需的功率，并承受摩擦转矩。
2.6应用实例
• 近年来随着我国航空航天事业的发展，也加速了摩擦焊技术向这 些领域的渗透，进行了航空发动机转子、起落架结构件、紧固件 等材料以及金属与陶瓷、复合材料、粉末高温合金的摩擦焊工艺 试验研究，某些电工材料的钎焊工艺也开始用摩擦焊接所取代。
1. 真空扩散焊
1.1真空扩散焊基本概念
• 扩散焊是在一定温度和压力下使待焊表面相互接触，通过微观塑 性变形或通过待焊表面上产生的微量液相而扩大待焊表面的物理 接触，然后经较长时间的原子相互扩散来实现结合的一种焊接方 法。
1.2真空扩散焊基本原理和分类
• 扩散焊是在一定温度和压力下使待焊表面相互接触，通过微观塑 性变形或通过待焊面产生的微量液相而扩大待焊面的物理接触， 然后经较长时间的原子相互扩散来实现冶金结合的一种焊接方法。 在金属不熔化的情况下，两工件之间接触距离达到（1～5）×108 CM以内时，金属原子间的引力才开始起作用。
6应用实例?近年来随着我国航空航天事业的发展也加速了摩擦焊技术向这些领域的渗透进行了航空发动机转子起落架结构件紧固件等材料以及金属与陶瓷复合材料粉末高温合金的摩擦焊工艺试验研究某些电工材料的钎焊工艺也开始用摩擦焊接所取代
固相焊接方法学习总结
内容
• 1.真空扩散焊 • 2.摩擦焊 • 3.搅拌摩擦焊 • 4.超声波焊接4.4影响焊接 Nhomakorabea量的工艺参数
• 焊接振幅 ：振幅是塑料在超声波焊接时首要选择的工艺参数。
• 焊接压力：在其他因素确定的情况下，焊接压力在一定范围内也 会对其焊接质量产生影响。波焊接时首要选择的工艺参数。
• 焊接时间：实验证明，要想得到良好的焊接效果，必须选择适当 的焊接时间，过长和过短的焊接时间都会造成焊接强度的下降。 • 焊头下降速度 ：焊头下降速度越快，达到的焊接接头强度越高。 • 保压时间和保压压力： 超声波停止后，为了使焊接试样相互紧贴 固化，从而使两工件能够很好地焊接在一起，需要在一定时间内 保持一定的压力，所需的时间和压力就是保压时间和保压压力。
扩散焊接的分类
• 同种材料扩散焊接 • 异种材料扩散焊接 • 过渡液相扩散焊接 • 加中间层扩散焊接 • 超塑性成形扩散焊接 • 等静压扩散焊接。
1.3真空扩散焊工艺特点和应用范围
• 材料的扩散焊是以“物理纯”表面的主要特性之一为根据，该种 表面由于开裂的原子键而具有“结合”能力。采用真空和其他净 化表面的方法之后，就有可能利用上述原子结合力，来连接两个 和两个以上的表面，随后表面上产生的扩散过程提高了这一连接 的强度。
3.6搅拌摩擦焊的应用
• 航天中搅拌摩擦焊技术的应用 • 船舶中搅拌摩擦焊技术的应用 • 交通运输中搅拌摩擦焊技术的应用 • 核工业中搅拌摩擦焊技术的应用
4.超声波焊接Ultrasonic welding
• 4.1超声波焊接方法基本概念
• 超声波焊接是利用高频振动波传递到两个需焊接的物体表面，在 加压的情况下，使两个物体表面相互摩擦而形成分子层之间的熔 合。
摩擦焊技术的主要优点
• 接头质量好且稳定。 • 效率高。 • 节能、节材、低耗 • 焊接性好。 • 环保，无污染。
2.3.2应用范围
• 目前我国摩擦焊技术的应用比较广泛，可焊接直径3.0～120mm的 工件以及8000mm2的大截面管件，同时还开发了相位焊和径向摩 擦焊技术，以及搅拌摩擦焊技术。
2.摩擦焊
2.1摩擦焊方法基本概念
• 摩擦焊(friction welding) 是以机械能为能源的固相焊接。摩擦焊是 利用工件间相互摩擦产生的热量使之达到塑性状态,同时顶锻加压 而进行的焊接方法。车削工件时切屑往往牢牢地粘在刀头上，轴 与轴瓦之间润滑不良时也会产生局部焊合，摩擦焊就是从这些现 象出发而发明的。
3.4.影响焊接质量的工艺参数
• 搅拌摩擦焊工艺参数主要有 • 搅拌头的旋转速度R • 焊接速度V • 焊接压力P • 搅拌头的倾角 • 搅拌头插入速度 • 保持时间等。
3.5 .焊接方法(系统)设备与装置组成和性能指 标
• 搅拌摩擦焊机分为搅拌头、机械转动系统、行走系统、控制系统、 工件夹紧机构和刚性机架等。
3.2搅拌摩擦焊工作原理
• 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。
2.2.1摩擦焊接的原理
• 摩擦压接法是将2种母材 对合使之相对旋转运动， 施加推力使接触面因摩 擦而产生热量。 利用该 热量使对合面以及附近 软化，若达到一定的压 接温度，则停止相对运 动，再进一步增大压接 推力，利用原子间引力 的作用进行2种母材的接 合的方法。
2.2.2摩擦焊分类
• 连续摩擦焊 • 惯性摩擦焊 • 径向摩擦焊 • 搅拌摩擦焊 • 摩擦堆焊 • 线性摩擦焊 • 轨道摩擦焊 • 圆形轨道摩擦焊
2.4影响焊接质量的工艺参数
• 摩擦焊的三个重要工艺参数：转速：根据被焊材料和连接界面处 焊缝的直径来选择。工件之间的压力 ：在焊接过程中压力是变化 的。焊接刚开始时压力很低，随后压力不断增大，以产生足够的 摩擦热，停止旋转时，压力迅速增大。焊接时间： 根据工件类型、 形状及接触面积进行选择通常是数秒或数十秒。
4.5焊接方法(系统)设备与装置组成和性能指标
• 一套超声波焊接系统的主要组件包括超声波发生器，换能器/变 幅杆/焊头三联组，模具和机架 。 • 超声波焊接机的组成，主要由以下5部分组成： • 控制系统:控制系统由时间继电器或集成电路时间定时器组成。 • 气动传动系统：包括有：过滹器、减压阀、油雾器、换向器、节 流阀、气缸等。 • 超声波工具头：工具头，有带振幅放大的和不带振幅放大的两种 • 超声波发生器：功率在500W以上的超声波焊接机所用发生器采 用自激式功率振荡器，具有一定的频率跟踪能力。 • 超声波换能器：超声波塑料焊接机用的声学系统包括三个部分： 驱动部分、固定部分和工作部分。
• 真空扩散焊的焊接接头的机械强度、热稳定性、密封性、耐腐蚀 性和弹都能满足重要构件的技术要求。
• 应用范围：用这种焊接方法，可以连接具有不同硬度、强度、相 互润湿的各种材料，其中包括异种金属、陶瓷、金属陶瓷，这些 材料用熔化焊接方法焊接都不能得到良好效果。
1.4工艺参数
• 均温区尺寸、最高温度、使用温度、温度均匀性、控温精度、极 限真空度、真空度、加热功率。 • 影响扩散过程和程度的主要工艺因素： • 温度：影响扩散焊进程的主要因素是原子的扩散，影响原子扩散 的主要因素是浓度梯队和温度。扩散焊温度一般高于1/2金属熔化 温度0.6～0.8Tm（Tm母材熔点）。 • 压力：主要影响扩散焊第二阶段。压力过低表面层塑性变形不足 0.5～50Mpa。
• (5)焊接热输入小，从而导致焊接变形小、接头残余应力水平低，是一种 低应力、小变形焊接技术。 • (6)焊接过程中无飞溅、无弧光、无辐射，是一种绿色焊接技术。 • (7)焊接效率高、能耗低，是一种高效焊接技术。搅拌摩擦焊技术的这一 系列特点使其对于以铝合金为代表的轻金属结构焊接具有非常重要的意 义。
• 时间：扩散焊需要较长的时间。时间过短，会导致焊缝中残留有 许多孔洞，影响接头性能。
1.5接方法(系统)设备与装置组成
• 真空扩散 焊设备—— 由真空室、 加热器、 加压系统、 真空系统、 温度测控 系统及电 源等组成。
1.6扩散焊的应用
• 扩散焊是适用于航空、航天等高技术领域和新材料的连 接需要而迅速发展起来的一种精密连接方法。
4.6典型零件的应用实例
• 针对所有的应用市场，超音波焊接其特有的优点--快捷、高效、 清洁和牢固，赢得了各行各业的认可。 • 汽车\家电\包装\玩具业\电子\ • 其他商业用途： 从通讯器材，电脑行业、打印设备到音像制品等， 均可采用明和超音波设备，他给您带来了简捷、清洁、高效的生 产方式，为您带来更多的机会。
2.3.1摩擦焊的特点
• 接头组织致密(氧化物和杂质被去除);可焊接同种或异种金属;不需 焊接材料。摩擦焊时，热量集中在接合面处，因此热影响区窄。 两表面间须施加压力，多数情况是在加热终止时增大压力，使热 钛金属受顶锻而结合，一般结合面并不熔化。摩擦焊生产率较高， 原理上几乎所有能进行热锻的金属都能用摩擦焊焊接。摩擦焊还 可用于异种金属的焊接。主要适用于横断面为圆形的工件，最大 直径为100mm。
3、搅拌摩擦焊
3.1搅拌摩擦焊方法基本概念
• 搅拌摩擦焊（Friction Stir Welding，简称FSW）是一种固相焊 接新技术，是英国焊接研究所（The WeldingInstitute，简称 TWI）于1991年发明的，并于次年在英国申请了发明专利，同时 陆续在世界各国申请了专利保护。得到专利保护并公开以来，搅 拌摩擦焊技术首先并主要在铝合金、镁合金等轻金属结构领域得 到越来越广泛的应用，同时在高熔点材料领域也获得了一定发展。
原子间引力
• 将因摩擦生热而软化的变形阻力降低的2种 母材的原子间距离缩近。若将接触时的材 料表面原子团在拉伸力 '引力' 的作用位置 (B) 缩近，直至该引力与反方向发出的互相 作用力 '斥力' 处于平衡状态的位置 (I)，则 完成接合。因此，需要在该金属的熔点以 下才能形成平衡状态。即使在不同种类的 金属间，若能形成引力和斥力的平衡状态 也可完成接合。
4.2.1超声波塑料焊接原理
• 超声波作用于热塑性的塑料接触面时，会产生每秒几万次的高频 振动，这种达到一定振幅的高频振动，通过上焊件把超声能量传 送到焊区，由于焊区即两个焊接的交界面处声阻大，因此会产生 局部高温。又由于塑料导热性差，一时还不能及时散发，聚集在 焊区，致使两个塑料的接触面迅速熔化，加上一定压力后，使其 融合成一体。当超声波停止作用后，让压力持续几秒钟，使其凝 固成型，这样就形成一个坚固的分子链，达到焊接的目的，焊接 强度能接近于原材料强度。
3.3搅拌摩擦焊的特点
• • • • • 搅拌摩擦焊的优点搅拌摩擦焊与传统的焊接方法相比有着更多的优点。 (1)搅拌摩擦焊是一种固相连接技术，接头性能优异。 (2)焊前不需要开坡口，可以节省焊前准备工时。 (3)焊接过程中不需要保护气，也不需要填充材料。 (4)焊接过程容易实现自动化，可以实现全位置焊接，接头质量一致性好。