搅拌摩擦焊
搅拌摩擦焊金相检测原理
搅拌摩擦焊金相检测原理搅拌摩擦焊,听起来像个高科技的外星武器,其实它就是一种焊接技术,能把金属连接得紧紧的。
咱们平常用的焊接,很多时候都要加焊料,或者是用电弧什么的,这里就不同了。
这个技术主要靠摩擦生热,再加上搅拌的动作,嘿,像在做一碗美味的杂烩,材料相互融合,最后形成一体。
想象一下,把两块金属放在一起,然后不停地搅拌,慢慢地,它们就像打了鸡蛋一样,融合在一起,嘿,就是这么神奇。
说到金相检测,听起来有点复杂,其实就是看焊接的质量和结构。
简单来说,就是研究金属的微观结构。
金属不是光滑的表面,它们的内部其实有很多小秘密,像小村庄一样,里面住着很多小原子。
如果焊接的地方不够好,里面可能会有很多缺陷,这可就不妙了。
你想啊,像是做饭,食材如果处理不好,做出来的菜就不香,对吧?所以,金相检测就是要在焊接完后,好好“检查”一下,看看这个“菜”是不是能上桌。
金相检测一般有几个步骤,首先得把焊接的地方切割下来,像是在剪一个小样本。
然后,把这个小样本打磨得光滑透亮,像镜子一样。
把它放在一个特殊的显微镜下观察,嘿,像是在看显微镜下的细胞,真是大开眼界。
通过观察金属的组织结构,科学家们能判断出焊接的质量,发现一些潜在的问题。
这玩意儿虽然听起来简单,实际操作起来可是个技术活。
要知道,不同的金属有不同的特性,焊接的参数、环境都得考虑周全。
就像煮面条,有的人喜欢煮软的,有的人偏爱硬的,时间和火候都得掌握得当。
要是温度太高,金属可能会出现裂纹,温度太低,又焊不牢,真是个难题。
搞金相检测的师傅们可得有一双火眼金睛,他们用肉眼看不见的地方,能找出那些小问题。
毕竟,金属的强度和耐用性,直接关系到整件事的安全性。
想象一下,如果焊接的地方出了问题,就像汽车的刹车失灵,后果可不堪设想。
安全第一嘛,谁都不想让自己的生命玩游戏。
金相检测还有个好处,就是能让我们更加了解材料的特性。
比如,某种金属在高温下会变得脆弱,那在设计的时候,就得多加考虑。
搅拌摩擦焊
搅拌摩擦焊搅拌摩擦焊(Friction Stir Welding ,简称FSW )是由英国焊接研究所于1991年提出的一种固态连[1]接方法。
与传统的熔化焊接方法相比较,搅拌摩擦焊具有晶粒细小、力学性能良好、焊接时不需使用保护气体、焊接后残余应力和变形小等优[2]点。
搅拌摩擦焊自提出以来,引起了各国学者和研究机构的广泛重视,成为了国内外的研究热点。
经过十几年的发展,搅拌摩擦焊这种新型固相焊接方法已经从技术研究层面迈向高层次的工程化和工业化应用阶段,成为铝及铝合金首选的连接工艺。
目前,搅拌摩擦焊在航空航天工业、造船业、汽车业等工业领域有了广泛的应用。
近年来,国内轨道车辆制造技术快速改进,搅拌摩擦焊技术开始用于铝合金车体制造。
搅拌摩擦焊铝合金车体的成功试制,标志着搅拌摩擦焊技术在国内轨道车辆工程化应用的开始。
1、搅拌摩擦焊工艺及接头组织性能特点1.1 搅拌摩擦焊焊接工艺过程[3]搅拌摩擦焊的焊接工艺如图1-1所示。
置于垫板上的对接工件通过夹具夹紧,以防止对接接头在焊接过程中松开。
一个带有特型焊针的搅拌焊头旋转并缓慢插入两块对接板材之间的焊缝处。
焊针的长度接近焊缝的深度,当旋转的焊针接触工件表面时,与工件表面快速摩擦产生的摩擦热使接触点材料的温度升高,强度降低。
焊针在外力作用下不断顶锻和挤压接缝两边的材料,直至轴肩紧密接触工1-接缝;2-搅拌头前沿;3-前进侧;4-母材;5-搅拌针;6-搅拌头后沿;7-焊缝;8-搅拌头旋转方向;9-后退侧图1-1 搅拌摩擦焊焊接工艺过程件表面为止。
这时,由旋转轴肩和焊针产生的摩擦热在轴肩下面和焊针周围形成大量的塑化层。
当工件相对焊针移动或焊针相对工件移动时,在焊针侧面和旋转方向上产生的机械搅拌和顶锻作用下,焊针的前表面把塑化的材料移送到焊针后表面。
这样,焊针沿着接缝前进时,搅拌焊头前头的对接接头表面被摩擦加热至轴向压力 前进方向12 34 56789超塑性状态。
结果,焊针摩擦接缝,破碎氧化膜,搅拌焊头后方的磨碎材料。
搅拌摩擦焊
英国TWI的Nicholas认为,搅拌摩擦焊工艺是自激光焊接问世以来 最引人注目的焊接方法,它的出现将使铝合金等有色金属的连接技 术发生重大变革。
搅拌摩擦焊应用领域 船舶制造 海洋工业 宇航工业 铁路运输 公路运输 建筑工业 电器行业
定义:它是利用一种
搅拌摩擦焊的原理
搅拌摩擦焊焊接过程是由一 个圆柱体形状的焊头伸入工件的 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。
搅拌摩擦焊工艺简介
搅拌摩擦焊(Friction Stir Welding简称FSW)是英国焊接研究所90年代初发明的一种用 于低熔点合金板材焊接的固态连接方法。用该方法可以焊接通常熔焊方法难于焊接的铝合 金、钛合金等材料,不会在接头内形成气孔、裂纹、变形等缺陷。 无飞溅,烟尘
与普通摩擦 焊相比
搅拌摩擦焊工艺
与熔焊相比
无需添加剂和保护气
接头无裂纹和气孔
不 受 轴 类 零 件 限 制
可 焊 接 直 焊 缝
搅拌摩擦焊的红外温度及焊缝
搅拌摩擦焊的红 外扫描温度,红 色部分温度最高
搅拌摩擦焊相关产品
搅拌摩擦焊相关产品
搅拌摩擦焊相关产品
搅拌摩擦焊的特点
搅拌摩擦焊接过程中接头部位不存在金属的熔化,是一种固态焊接过程, 故焊接时不存在熔焊时的各种缺陷,可以焊接用熔焊方法难于焊接的材料,如LY、 LC系列的硬铝及超硬铝,并且可以在任意位置进行焊接。 由于不存在熔焊过程中接头部位大范围的热塑性变形过程,焊后接头的内 应力小、变形小,基本可实现板件的低应力无变形焊接。
搅拌摩擦焊原理
搅拌摩擦焊原理
搅拌摩擦焊是一种固态焊接方法,通过机械震动和摩擦热来实现焊接。
其原理基于热塑性材料的可塑性和可变形性,通过摩擦热加热两个焊接件的接触面,使金属软化并形成可塑性,然后施加压力,使两个焊接件发生塑性变形混合,最终形成均匀的焊缝。
搅拌摩擦焊主要包括以下几个步骤:
1. 两个待焊接的金属件通过紧密贴合。
2. 在接触面之间施加一定的压力。
3. 使用专用搅拌头,通过高速旋转在接触面上施加摩擦力,引发摩擦热。
4. 随着摩擦热的积累,金属开始加热并软化。
5. 一旦达到足够的软化温度,停止搅拌并继续施加压力,使两个金属件发生塑性变形。
6. 继续施加压力,使金属在接触面上混合,形成焊缝。
7. 冷却后,焊缝区域重新硬化,完成搅拌摩擦焊。
搅拌摩擦焊具有许多优点,包括焊接速度快、焊接接头强度高、焊接过程无火花、无气体和溶剂的排放等。
它可以应用于各种金属材料的焊接,特别适用于铝合金、镁合金等难焊性材料。
搅拌摩擦焊广泛应用于汽车制造、航空航天、船舶制造等领域。
搅拌摩擦焊工艺
搅拌摩擦焊工艺搅拌摩擦焊(Friction Stir Welding,简称FSW)是一种无焊接熔化的固态焊接技术,由英国剑桥大学的Thomas W. Thomas于1991年首次提出。
相比传统的熔化焊接方法,搅拌摩擦焊具有许多优点,如焊接强度高、焊缝外观美观等,因此在航空航天、汽车制造等领域得到了广泛应用。
搅拌摩擦焊的工艺流程相对简单,主要包括预装夹紧、搅拌摩擦焊接和冷却三个阶段。
首先,需要将两个待焊接的工件通过夹具夹紧,以确保焊接过程中的稳定性。
然后,通过高速旋转的搅拌钎具将焊接面加热至软化温度,同时施加一定的压力。
搅拌钎具的旋转和推进运动将焊接面上的金属材料搅拌在一起,从而实现焊接。
最后,待焊接的区域冷却后,焊缝形成,焊接过程完毕。
搅拌摩擦焊的工艺特点主要包括以下几个方面:1. 无熔化:搅拌摩擦焊是一种固态焊接方法,焊接过程中不产生熔化现象,避免了传统焊接方法中可能产生的气孔、夹杂物等缺陷,提高了焊缝的质量。
2. 焊接强度高:搅拌摩擦焊焊接产生的焊缝表面光滑,焊缝强度高,可以达到甚至超过基材的强度。
3. 焊接速度快:搅拌摩擦焊的焊接速度通常较快,可以在短时间内完成大面积焊接,提高了生产效率。
4. 适用性广:搅拌摩擦焊适用于多种金属材料的焊接,包括铝合金、镁合金、钛合金等,具有较好的通用性。
5. 环保节能:搅拌摩擦焊过程中不需要额外的填充材料和保护气体,无烟尘产生,减少了对环境的污染,同时节约了能源。
搅拌摩擦焊工艺在航空航天、汽车制造等领域得到了广泛应用。
例如,航空航天领域的发动机和机身结构常采用铝合金材料进行制造,而搅拌摩擦焊可以有效地实现铝合金的焊接,提高了零部件的性能和可靠性。
汽车制造领域中,搅拌摩擦焊可以用于车身结构、悬挂系统等部件的焊接,提高了汽车的安全性和耐久性。
尽管搅拌摩擦焊具有许多优点,但也存在一些挑战和局限性。
首先,搅拌摩擦焊的设备成本较高,需要专门的设备来实现焊接。
其次,对于某些材料,如高碳钢、不锈钢等,搅拌摩擦焊效果不理想,难以实现高质量的焊接。
搅拌摩擦焊焊接工装的故障分析与维修方法
搅拌摩擦焊焊接工装的故障分析与维修方法一、搅拌摩擦焊简介搅拌摩擦焊是一种高效的固态焊接工艺,适用于各种金属材料的接合。
在搅拌摩擦焊工艺中,焊接头与工件表面之间的摩擦力和挤压力产生摩擦热,达到材料塑性流动的温度,实现焊接。
然而,由于搅拌摩擦焊的复杂性,工装在使用过程中可能会出现故障,影响焊接质量。
二、故障分析1. 工装移动不灵活:工装在搅拌摩擦焊过程中需要进行多轴运动,如果工装的传动部件受损或润滑不良,可能导致工装移动不灵活。
2. 搅拌头异常:搅拌摩擦焊的关键部件是搅拌头,如果搅拌头受损或磨损过度,将严重影响焊接质量。
3. 温度控制不准确:搅拌摩擦焊需要控制焊接区域的温度,如果温度控制不准确,将导致焊接质量下降。
4. 焊接压力异常:焊接压力是影响焊接质量的重要参数,如果焊接压力异常,可能导致焊接头与工件之间的不良接触,影响焊接效果。
三、维修方法1. 定期保养:定期对搅拌摩擦焊工装进行保养,包括清洁、润滑和检查传动部件等,确保工装的正常运行。
2. 更换损坏部件:一旦发现工装的传动部件、搅拌头等关键部件损坏或磨损严重,应及时更换,确保焊接质量。
3. 调整温度控制:根据焊接工艺要求,调整搅拌摩擦焊设备的温度控制参数,确保焊接区域的温度稳定在合适的范围内。
4. 调整焊接压力:根据焊接工件的要求,调整搅拌摩擦焊设备的焊接压力参数,确保焊接压力稳定,保证焊接质量。
通过对搅拌摩擦焊工装故障的分析和相应的维修方法,可以有效提高焊接质量,延长设备使用寿命,确保生产过程的顺利进行。
只有在实践中不断总结经验,才能更好地发挥搅拌摩擦焊工艺的优势,为工件的制造提供更可靠的保障。
搅拌摩擦焊
搅拌摩擦焊搅拌摩擦焊,是一种新型的焊接技术,也被称为搅拌摩擦联接。
它是通过在焊接区域旋转和挤压两个金属工件来产生热量和塑性变形,从而使两个工件达到联接的目的。
与传统的焊接技术相比,搅拌摩擦焊具有许多优点,如焊接速度快、焊缝质量高、金属变形小等。
本文将详细介绍搅拌摩擦焊的原理、应用和发展趋势。
一、搅拌摩擦焊的原理搅拌摩擦焊的原理是在两个金属工件之间施加旋转和挤压力,产生热量和塑性变形,从而使两个工件达到联接的目的。
搅拌摩擦焊的焊接区域主要由以下几个部分组成:1. 摩擦区:是指两个金属工件之间产生的热量和塑性变形的区域,也是焊接区域的主要部分。
在摩擦区,由于热量和挤压力的作用,金属工件的表面会产生摩擦热,从而使金属表面熔化和塑性变形。
在摩擦区,金属工件的晶粒也会受到影响,产生细化和变形,从而提高焊缝的质量。
2. 搅拌区:是指焊接区域中金属工件被挤压和旋转产生的区域。
在搅拌区,金属工件的晶粒也会受到影响,产生细化和变形,从而提高焊缝的质量。
3. 热影响区:是指焊接区域中受到热影响但未受到塑性变形的金属区域。
在热影响区,金属工件的晶粒也会受到影响,但不会产生细化和变形。
二、搅拌摩擦焊的应用搅拌摩擦焊的应用非常广泛,可以用于焊接各种金属材料,如铝合金、镁合金、钛合金、铜、钢等。
它在航空、汽车、船舶、铁路、电子、建筑等领域都有着广泛的应用。
1. 航空领域:搅拌摩擦焊可以用于制造航空器的结构件,如机翼、尾翼、机身等。
它可以提高焊缝质量,减少金属变形,从而提高航空器的性能和安全性。
2. 汽车领域:搅拌摩擦焊可以用于制造汽车的车身、底盘、发动机等部件。
它可以提高焊缝质量,减少金属变形,从而提高汽车的性能和安全性。
3. 船舶领域:搅拌摩擦焊可以用于制造船舶的船体、船舶设备等部件。
它可以提高焊缝质量,减少金属变形,从而提高船舶的性能和安全性。
4. 铁路领域:搅拌摩擦焊可以用于制造铁路车辆的车体、车轮等部件。
它可以提高焊缝质量,减少金属变形,从而提高铁路车辆的性能和安全性。
搅拌摩擦焊工艺及其应用
搅拌摩擦焊工艺及其应用1 搅拌摩擦焊的定义与原理搅拌摩擦焊是一种非常新颖的金属连接技术,其原理是将金属材料在高速旋转的条件下不断挤压与摩擦热而使金属材料发生塑性变形进而在次冷却时形成均匀的焊缝。
搅拌摩擦焊是一种采用振荡摩擦进行的钎焊技术。
摩擦过程中,金属材料被强制变形,形成皱纹和复杂的微细组织结构,这就是焊接区域。
这一过程不需要额外的附加材料,因此也被称为固态钎焊。
搅拌摩擦焊的原理是通过搅拌和摩擦的相互作用,为金属轴套表面提供局部加热来处理金属本身。
在摩擦过程中,摩擦产生的热量会使金属材料温度升高,而旋转工具逐渐伸进焊缝,在相对运动的作用下,产生了强烈的塑性变形以及显著的变形应变。
在形成初期焊缝时,相对运动引起的压力会把材料从环形清隙中抽出,形成时生成混味均匀的焊接界面。
这些过程中摩擦加热导致局部熔化,接长和冷却会使金属变形,并形成一个均匀的、与母材相似的焊缝。
2 搅拌摩擦焊的工艺流程及其特点2.1 搅拌摩擦焊的工艺流程(1)工件准备:首先需要准备待焊接的工件。
工件通常是板材、管材、棒材等形状,可以是相同材质,也可以是不同材质。
(2)夹紧工件:将工件夹紧在专用的工件夹具中,以保证工件在搅拌摩擦焊过程中不会移动或震动。
(3)起始摩擦:在工件接头处的摩擦面上施加旋转摩擦力,使工件表面熔融并形成可焊接的状态。
(4)搅拌摩擦:在不断施加旋转摩擦力的情况下,摩擦头沿着工件的接合面移动,搅拌工件的金属组织,从而形成焊接。
(5)升温保压:在搅拌摩擦焊完成后,保持摩擦头的位置不动,使焊缝部位升温到一定程度,再施加一定的保压力,使焊缝固化。
(6)退火处理:对焊接完成后的工件进行退火处理,可以进一步提高焊接质量和性能。
2.2 搅拌摩擦焊的特点(1)搅拌摩擦焊是一种无焊接接头凸出、无端部凸出的焊接方法,焊缝起伏很小,对焊接部件外观和尺寸精度要求较高的场合比较适用。
(2)搅拌摩擦焊过程中没有明显的电弧和喷溅现象,不需要额外的保护气体,易于操作。
搅拌摩擦焊特点
搅拌摩擦焊特点
以下是 8 条关于搅拌摩擦焊特点的内容:
1. 搅拌摩擦焊的连接强度可厉害啦!就像钢铁侠的战甲一样坚固无比!你看那飞机翅膀的制造,不就用到了搅拌摩擦焊嘛,强度那叫一个可靠,能在空中稳稳飞行,多牛啊!
2. 搅拌摩擦焊的焊缝质量那真是杠杠的!简直就像艺术家精心雕琢的作品一样完美无瑕!你想想那些高质量的航天器组件,都是靠着搅拌摩擦焊才拥有如此卓越的焊缝呀,厉害吧!
3. 搅拌摩擦焊很环保哟!它不像有些焊接法子会产生大量污染,它就像个绿色小精灵!就像在新能源汽车生产线上,搅拌摩擦焊默默地为环保做着贡献,多棒呀!
4. 搅拌摩擦焊操作起来多简单方便呀!就像搭积木一样轻松!比如在一些日常金属制品的焊接中,工人师傅不费什么力气就能用它完成漂亮的焊接,这多好呀!
5. 搅拌摩擦焊适应性很强的好不好!几乎什么材料都能搞定,就像个万能神器一样!不管是铝合金还是其他金属,它都能应对自如,你说神不神!
6. 搅拌摩擦焊焊接时变形小哇!那真的是微乎其微呢!这不就跟一个厉害的魔术一样嘛,悄无声息地就把焊接完成了,还不怎么变形,太厉害了吧!
7. 搅拌摩擦焊效率很高的呢!就像一阵旋风一样快速!你看大型工业生产中,它迅速地让一个又一个工件连接起来,为生产加速,哇塞!
8. 搅拌摩擦焊成本也不高呀!这多实惠呀!就像买东西找到性价比超高的宝贝一样让人开心!在很多领域都能大展拳脚,这不就是它的魅力所在嘛!
我的观点结论:搅拌摩擦焊有着众多突出的特点和优势,在各个行业中都发挥着重要作用,是一种非常了不起的焊接技术!。
一文读懂搅拌摩擦焊
1搅拌摩擦焊概览搅拌摩擦焊(Friction Stir Welding,FSW)作为一种固相连接技术,在1991年由英国焊接研究所(The Welding Institute, TWI)发明。
与传统熔化焊相比,FSW无需添加焊丝、不需要保护气体,焊接过程无污染、无烟尘、无辐射,焊接接头残余应力低,因此具有焊接效率高、焊接变形小、能耗低、设备简单、焊接过程安全等一系列优点。
经过20多年的发展,FSW已经在航空航天、轨道交通、舰船等领域得到了广泛应用。
搅拌摩擦焊的原理如图1所示。
高速旋转的搅拌头扎入被焊工件内,旋转的搅拌针与被焊材料发生摩擦并使其发生塑化,轴肩与工件表面摩擦生热并用于防止塑性状态的材料溢出。
在焊接过程中,工件要刚性固定在背部垫板上,搅拌头边高速旋转边沿工件的接缝与工件相对移动,在搅拌头锻压力的作用下形成焊缝,最终实现被焊工件的冶金结合。
图1 搅拌摩擦焊接原理搅拌摩擦焊广泛适用于各类材料,目前已成功实现了铝、镁等低熔点金属及合金、铜合金、钛合金、钢铁材料、金属基复合材料以及异种金属(铝/铜、铝/镁、铝/钢等)的焊接。
在传统技术的基础上,搅拌摩擦焊有了五大创新发展:双轴肩搅拌摩擦焊、静轴肩搅拌摩擦焊、搅拌摩擦点焊、复合能场搅拌摩擦焊、搅拌摩擦增材制造。
双轴肩搅拌摩擦焊(Bobbin Tool Friction Stir Welding,BT-FSW)与传统FSW相比,其搅拌头为上、下轴肩结构,两个轴肩通过搅拌针连接,下轴肩取代了传统FSW的背部刚性支撑垫板,对工件进行自支撑,实现中空部件的焊接。
其焊接原理如图2所示。
上、下双轴肩的结构在焊接过程中降低了接头厚度方向的温度梯度,减小了接头组织不均匀性,可实现根部全焊透的焊接。
图2 双轴肩搅拌摩擦焊接原理1.上轴肩2.前进侧3.熔合线4.后退侧5.工件6.搅拌针7.下轴肩静轴肩搅拌摩擦焊(Stational Shoulder Friction Stir Welding,SS-FSW)采用轴肩与搅拌针分体式设计,在焊接过程中内部搅拌针处于旋转状态,而外部轴肩不转动,仅沿焊接方向行进。
搅拌摩擦焊工艺参数
搅拌摩擦焊工艺参数搅拌摩擦焊是一种常用的焊接工艺,它通过搅拌和摩擦的作用,在焊缝处产生高温和高压,使金属材料发生塑性变形和热扩散,从而实现焊接连接。
搅拌摩擦焊的工艺参数对焊接质量和效率起着关键作用。
本文将从搅拌速度、搅拌角度、搅拌时间和搅拌压力四个方面介绍搅拌摩擦焊的工艺参数。
一、搅拌速度搅拌速度是指在搅拌摩擦焊过程中搅拌工具的旋转速度。
搅拌速度的选择应根据被焊接材料的性质和厚度来确定。
一般情况下,搅拌速度越高,摩擦产生的热量越大,焊接温度越高,焊接质量越好。
但是,如果搅拌速度过高,可能会导致焊接接头过热,甚至烧穿。
因此,在确定搅拌速度时,需要综合考虑焊接质量和工艺效率。
二、搅拌角度搅拌角度是指搅拌工具与被焊接材料之间的夹角。
搅拌角度的选择应根据被焊接材料的性质和形状来确定。
一般情况下,搅拌角度越大,摩擦产生的热量越集中,焊接温度越高,焊接质量越好。
但是,如果搅拌角度过大,可能会导致焊接接头过热,甚至烧穿。
因此,在确定搅拌角度时,需要综合考虑焊接质量和工艺效率。
三、搅拌时间搅拌时间是指搅拌工具在焊接过程中与被焊接材料接触的时间。
搅拌时间的选择应根据被焊接材料的性质和厚度来确定。
一般情况下,搅拌时间越长,摩擦产生的热量越大,焊接温度越高,焊接质量越好。
但是,如果搅拌时间过长,可能会导致焊接接头过热,甚至烧穿。
因此,在确定搅拌时间时,需要综合考虑焊接质量和工艺效率。
四、搅拌压力搅拌压力是指搅拌工具施加在被焊接材料上的压力。
搅拌压力的选择应根据被焊接材料的性质和厚度来确定。
一般情况下,搅拌压力越大,摩擦产生的热量越大,焊接温度越高,焊接质量越好。
但是,如果搅拌压力过大,可能会导致焊接接头过热,甚至烧穿。
因此,在确定搅拌压力时,需要综合考虑焊接质量和工艺效率。
总结起来,搅拌摩擦焊的工艺参数包括搅拌速度、搅拌角度、搅拌时间和搅拌压力。
合理选择这些参数可以保证焊接质量和工艺效率。
在确定这些参数时,需要综合考虑被焊接材料的性质和厚度,并进行试验验证。
搅拌摩擦焊
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。
2.搅拌摩擦焊的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。
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。
搅拌摩擦焊原理
搅拌摩擦焊原理:搅拌摩擦焊是一种先进的固态连接技术,主要利用搅拌摩擦过程的热量和机械力来实现材料的连接。
该技术在铝、铜、钢等各类金属材料的连接中均有广泛应用。
以下是对搅拌摩擦焊原理的详细介绍。
一、搅拌摩擦焊的基本原理搅拌摩擦焊的核心原理在于利用一个特殊形状的搅拌头来刮擦待连接的材料表面。
搅拌头的形状通常为圆锥形或圆柱形,材料一般选用具有高强度和耐磨性的硬质合金。
在焊接过程中,搅拌头插入待连接的两块材料之间,通过旋转和向前推移的方式对材料表面进行刮擦。
搅拌摩擦焊过程中的热量主要来源于搅拌头的摩擦和塑性变形产生的热量。
当搅拌头向前推移时,刮擦产生的塑性变形会引发材料内部的热量。
这些热量不仅使材料表面软化,还产生大量的热塑性流体,这些流体在搅拌头的压力下填充了材料表面的微小缝隙,从而实现了材料的连接。
二、搅拌摩擦焊的工艺特点1.固态连接:搅拌摩擦焊是一种固态连接技术,焊接过程中没有熔融态材料的参与,因此具有无液相、无污染的优点。
2.温度适中:相较于传统的熔焊方法,搅拌摩擦焊的温度较低,可以有效降低材料的热损伤,适用于对温度敏感的材料。
3.适用范围广:搅拌摩擦焊可以适用于不同种类的金属材料,包括铝、铜、钢等,具有广泛的应用前景。
4.高效节能:由于搅拌摩擦焊没有熔融态材料的消耗,因此其能源消耗远低于传统熔焊方法。
5.操作简单:搅拌摩擦焊的焊接过程相对简单,操作方便,对操作人员的技术要求较低。
三、搅拌摩擦焊的应用由于其独特的优点,搅拌摩擦焊在许多领域都得到了广泛应用。
1.航空航天:在航空航天领域,许多结构组件需要高强度、高可靠性的连接。
搅拌摩擦焊能够满足这些严苛的要求,因此在飞机和火箭等结构中得到了广泛应用。
2.轨道交通:在轨道交通领域,为了保证车辆和轨道的安全性,需要对各种金属材料进行高质量的连接。
搅拌摩擦焊以其固态连接、高效节能等优点,在该领域得到了广泛应用。
3.电子封装:在电子封装领域,由于电子元件需要微型化和高度集成化,因此需要精确控制连接的质量和可靠性。
搅拌摩擦焊的原理及其特点
搅拌摩擦焊的原理及其特点搅拌摩擦焊(Friction Stir Welding,简称FSW)是一种新型的固态焊接技术,其原理是利用专用的搅拌工具在焊接接头处进行搅拌和摩擦加热,使焊缝材料发生塑性变形并实现焊接连接。
搅拌摩擦焊具有许多独特的特点,使其在航空航天、汽车、船舶等领域得到广泛应用。
搅拌摩擦焊的原理是通过旋转的搅拌工具将焊接接头中的材料进行搅拌和摩擦加热,从而实现焊接连接。
搅拌工具通常由一个圆柱形肩部和一个锥形销钉组成,通过该工具在焊接接头中进行搅拌和摩擦加热时,焊缝材料发生塑性变形,形成焊接接头。
搅拌工具在焊接过程中施加的压力使焊缝材料得到良好的连接,而没有融化的现象发生。
这种固态焊接技术不仅具有高强度、高质量的焊接接头,而且可以焊接多种金属材料,包括高强度铝合金、镁合金等。
搅拌摩擦焊具有以下特点:1. 无需填充材料:搅拌摩擦焊是一种固态焊接技术,焊接过程中没有熔化的现象发生,因此不需要额外的填充材料。
这不仅节约了材料成本,而且避免了因填充材料导致的气孔、夹杂物等缺陷。
2. 焊接接头质量高:搅拌摩擦焊技术通过搅拌工具的旋转和摩擦加热,使焊缝材料发生塑性变形,形成均匀致密的焊接接头。
焊接接头的质量高,具有良好的力学性能和疲劳寿命。
3. 可焊接多种金属材料:搅拌摩擦焊技术可以焊接多种金属材料,包括铝合金、镁合金、不锈钢等。
这使得搅拌摩擦焊在航空航天、汽车、船舶等领域得到广泛应用。
4. 适用于大尺寸焊接:搅拌摩擦焊技术适用于大尺寸的焊接接头,可以实现长焊缝的连续焊接。
这在船舶、桥梁等领域具有重要意义。
5. 减少热影响区:搅拌摩擦焊焊接过程中没有融化现象发生,因此热影响区较窄,焊接接头周围的材料不会受到过热的影响,减少了变形和残余应力的产生。
6. 环保节能:搅拌摩擦焊焊接过程中无需使用额外的填充材料和保护气体,减少了环境污染和能源消耗。
7. 适应性强:搅拌摩擦焊技术适应性强,可以适应不同形状、尺寸和材料的焊接接头,具有良好的工艺适应性。
搅拌摩擦焊介绍
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喷气客机的搅拌摩擦焊
LEE MAN (SCETC)
镁合金的搅拌摩擦焊
搅拌摩擦焊 (三)搅拌摩擦焊的特点
8
优点:
焊缝是在塑性状态下受挤压完成的,属于固相焊接,因而其接头 不会产生与冶金凝固有关的一些如裂纹、夹杂、气孔以及合金元 素的烧损等熔焊缺陷和脆化现象,焊缝性能接近母材,力学性能 优异。适于焊接铝、铜、铅、钛、锌、镁等非铁金属及其合金以 及钢铁材料、复合材料等,也可用于异种材料的连接。 不受轴类零件的限制,可进行平板的对接和搭接,可焊接 直焊缝、角焊缝及环焊缝,可进行大型框架结构及大型筒 体制造、大型平板对接等,扩大了应用范围。 搅拌摩擦焊利用自动化的机械设备进行焊接,避免了对 操作工人技术熟练程度的依赖,质量稳定,重复性高。 焊接时无需填充材料、保护气体,焊前无需对焊件表面预处 理,焊接过程中无需施加保护措施,厚大焊件边缘不用加工 坡口,简化了焊接工序。· 焊接铝合金材料不用去氧化膜,只 需去除油污即可。
LEE MAN (SCETC)
搅拌摩擦焊 2.接头力学性能
焊态下,FSW焊缝焊核的强度要大于热影响区的强度。
5
对于退火状态的铝合金,拉伸实验时首先发生破坏的部位通常在远离 焊缝和热影响区的母材上。对于形变强化和热处理强化的铝合金,FSW 接头的不同区域发生了软化,但可以通过控制热循环,尤其是通过降低 焊缝热机影响区的退火效应和过时效的影响来改善接头的性能,也可以 通过焊后热处理的方式提高热处理强化铝合金FSW接头的性能。
• 它可以焊接所有牌号的铝合金以及用熔焊方法难以焊接的材料,并 突破了普通摩擦焊对轴类零件的限制,可进行板材的对接、搭接、角 接及全位置焊接。由于搅拌摩擦焊是固态焊接,所以没有熔化焊时的 气孔、裂纹及合金元素烧损等缺陷。搅拌摩擦焊的接头性能普遍
搅拌摩擦焊实验报告
一、实验目的1. 了解搅拌摩擦焊的基本原理和操作方法。
2. 掌握搅拌摩擦焊实验设备的操作流程。
3. 分析搅拌摩擦焊过程中的关键参数对焊接质量的影响。
4. 评估搅拌摩擦焊在特定材料焊接中的应用效果。
二、实验原理搅拌摩擦焊(Friction Stir Welding,FSW)是一种新型固相连接技术,通过高速旋转的搅拌头与工件接触产生摩擦热,使材料发生塑性变形,实现焊接。
该技术具有焊接接头质量高、变形小、无需填充材料等优点。
三、实验设备与材料1. 实验设备:搅拌摩擦焊机、焊接电源、引伸计、硬度计等。
2. 实验材料:不锈钢板材,尺寸为100mm×100mm×3mm。
四、实验方法1. 根据实验要求,设置搅拌摩擦焊机的参数,包括搅拌头的转速、焊接速度、搅拌头插入深度等。
2. 将不锈钢板材放置在焊接机的工作台上,调整好夹具,确保工件固定牢固。
3. 启动搅拌摩擦焊机,进行焊接实验。
焊接过程中,观察搅拌头的旋转状态和焊接接头的形成过程。
4. 焊接完成后,对焊接接头进行外观检查、力学性能测试和金相组织分析。
五、实验结果与分析1. 外观检查:焊接接头表面光滑,无裂纹、气孔等缺陷,焊接质量良好。
2. 力学性能测试:焊接接头的抗拉强度、弯曲强度等指标均达到母材水平,说明搅拌摩擦焊具有良好的力学性能。
3. 金相组织分析:焊接接头的显微组织为细小的等轴晶粒,晶粒尺寸均匀,无明显的热影响区,说明搅拌摩擦焊具有优异的组织性能。
六、讨论与结论1. 搅拌摩擦焊具有焊接接头质量高、变形小、无需填充材料等优点,在航空航天、汽车制造等领域具有广泛的应用前景。
2. 实验结果表明,搅拌摩擦焊能够有效地焊接不锈钢板材,焊接接头质量良好,力学性能满足要求。
3. 搅拌摩擦焊过程中的关键参数对焊接质量有重要影响。
通过合理调整搅拌头的转速、焊接速度、搅拌头插入深度等参数,可以获得高质量的焊接接头。
七、实验总结本次实验成功进行了搅拌摩擦焊实验,验证了搅拌摩擦焊技术的可行性和有效性。
搅拌摩擦焊接
搅拌摩擦焊(FSW)一、原理搅拌摩擦焊(Friction Stir Welding)是基于摩擦焊接技术一种固相焊接技术,1991 年由英国焊接研究所(TWI)发明。
其原理是一个非耗损的搅拌头旋转扎入焊接工件的连接界面,当搅拌头向前沿着焊缝移动时,塑化金属在机械搅拌和顶锻作用下形成致密的固相联接。
纵截面 顶截面搅拌摩擦焊示意图二、优点1. 高度一致的焊接质量,无需高的操作技能和训练;2. 单面焊接的厚度为1.6~15 mm;3. 焊接接口部位只需去油处理,无需打磨或洗刷;4. 不需焊丝和保护气氛;5. 节省能源,单面焊12.5 mm深度所需动力仅为3 KW;6. 焊接表面平整,不变形,无焊缝凸起和焊滴,无需后续处理;7.无电弧、无磁冲击、闪光、辐射、烟雾和异味,不影响其它电器设备使用,绿色环保;8.焊接温度低于合金的熔点,焊缝无孔洞、裂纹和元素烧损。
飞火汽船搅拌摩擦焊在宇航、船舶、高速列车、汽车等制造领域具有广阔的技术应用前景。
焊接实验室2006年8月FSW-3LM-002龙门式数控搅拌摩擦焊机一、设备简介江苏科技大学是中国搅拌摩擦焊中心(CFSWC)和英国焊接研究所(TWI)共同授权的搅拌摩擦焊学术研究二级许可单位,拥有中国第一台商业专用搅拌摩擦焊设备——FSW-3LM-002。
整套设备包括精密主轴单元、三坐标数控移动工作台、龙门式机架、机头滑枕、平板及筒形件的纵、环缝夹具,人机控制界面、4坐标控制系统、先进焊接参数传感、控制、记录系统等。
该焊机可以焊接厚度为3~15mm所有牌号的铝合金板材和直径小于Ф800mm的筒形件,以及铝基复合材料,镁及镁合金,锌及锌合金,铜及铜合金,钛及钛合金,铅及铅合金,碳钢和不锈钢等,还可实现异种材料的连接。
能完成对接、搭接、丁字等多种接头方式,并大大提高焊接接头的力学性能,排除熔焊缺陷产生的可能性。
二、教学和科研应用教学方面,可利用该设备进行本科和研究生教育,开设“焊接方法与设备”课程的相关实验教学,为本科毕业生提供毕业设计课题和实验条件,吸引大三学生开展学生科研活动。
搅拌摩擦焊
200
190
180
170
160
150
140
130
120
110
100
-15
-10
1mm from the top 4mm from the top 2.5mm from the top
-5
0
5
10
15
20
与焊缝中心距离/mm
摩擦搅拌焊缝的硬度分布曲线
➢接头硬度曲线呈搅拌摩擦焊典型的W型。 ➢大致可区分焊缝横截面的各个典型区域。从基材到热影响区, 显微硬度下降,达到一个极小值后,随着靠近热机影响区至焊核 区,显微硬度又上升至某一极大值。
4. 搅拌摩擦焊焊缝组织:
➢ (1)基材区(BM):组织既无机械变形也未经受热作用; ➢ (2)热影响区(heat affected zone,HAZ):受热循环的影响,微观
组织和力学性能发生了变化,但没有发生塑性变形;
➢ (3)热机影响区(thermo-mechanically affected zone,简称TMAZ):经 受了机械变形和热循环的双重作用,微观结构发生了较大的变化;
➢ 同时,搅拌焊头边旋转边沿着接缝与焊件作相对运动,搅拌焊头前面的材料 发生强烈的塑性变形。随着搅拌焊头向前移动,前沿高度塑性变形的材料被挤 压到搅拌焊头的背后。在搅拌头轴肩与焊件表层摩擦产热和锻压共同作用下, 形成致密的固相连接接头。
接头形式:多层对接、多层搭接、T形接头、v形接头和角接等
2. 优点:
127 90-150
— 102, 152 800-2450 400-500
60 — — 60 75 75 80 15 102 —
Grain size (μm)
2-4 10 9 3.8, 7.5 5.9-17.8 10-15 4 6 4 9-10 1.6 5 2-3 1-4 1.5 2.2
搅拌摩擦焊标准
搅拌摩擦焊标准
一。
搅拌摩擦焊这门技术,那可是现代工业领域的一把利剑!它的标准,就是确保这把剑锋利无比、精准无误的关键所在。
1.1 首先咱得说说这焊接质量的标准。
这就好比盖房子打地基,基础不牢,地动山摇。
焊接接头的强度、韧性,那得经得起考验,不能有丝毫马虎。
强度不够,就像纸糊的老虎,一戳就破;韧性不足,稍微受点力就裂成两半。
1.2 再讲讲焊缝的外观标准。
这焊缝啊,就像是人的脸面,得干净、整齐、美观。
不能有气孔、夹渣这些瑕疵,否则就像脸上长了麻子,看着就不舒服。
二。
接下来,咱们聊聊工艺参数的标准。
2.1 搅拌头的旋转速度,那可得恰到好处。
太快了,热输入过大,材料都被“煮烂”了;太慢了,又焊不透,成了“夹生饭”。
2.2 焊接的行进速度也有讲究。
快了慢了都不行,得像老牛拉车,稳稳当当,才能保证焊缝质量均匀一致。
2.3 还有焊接压力,这就好比给庄稼浇水,多了少了都长不好。
压力太大,容易把材料压坏;压力太小,又焊不结实。
三。
最后说说设备和操作的标准。
3.1 设备得精良,就像战士手里的枪,得好使。
定期维护保养,不能关键时刻掉链子。
3.2 操作人员那得是行家里手,技术娴熟,严格按照标准操作,不能随心所欲。
俗话说,没有规矩,不成方圆。
只有遵守标准,才能让搅拌摩擦焊发挥出最大的威力,为工业生产保驾护航!。
搅拌摩擦焊的特点
搅拌摩擦焊的特点1. 搅拌摩擦焊啊,那可真是厉害得很!你想想看,它就像一个超级精准的裁缝,能把两块金属天衣无缝地连接起来。
比如说在制造航天器的时候,搅拌摩擦焊能确保各个部件连接得稳稳当当,在太空中也不会出问题呀!这多牛啊!2. 搅拌摩擦焊有个超棒的特点,就是焊接质量超高啊!这可不是吹牛哦,就好比盖房子用了最坚固的材料,绝对可靠。
你看那些高质量要求的汽车零部件,不就是用搅拌摩擦焊来保证质量的嘛,开起来多放心啊!3. 嘿,搅拌摩擦焊还有个特点让人惊叹呢!它几乎不产生变形,哇塞,这多神奇!就像变魔术一样,焊接完了东西还是原来那规整的样子。
要是焊接个精细的仪器什么的,用它准没错,根本不用担心变形的问题啦!4. 搅拌摩擦焊能在各种材料上大展身手哦,这可太绝了!好比一个全能运动员,不管啥项目都能玩得转。
从铝合金到镁合金,它都能搞定,这适应性也太强了吧!5. 哇哦,搅拌摩擦焊操作起来还特别简单呢!就像骑自行车一样,一学就会。
工人师傅们用它可顺手了,不需要多复杂的技术,就能完成高质量的焊接,多方便啊!6. 搅拌摩擦焊啊,它还很环保呢!这可太难得了,完全没有那些刺鼻的气味和有害的废料。
这不就像是一个爱护环境的小天使嘛,在工作的时候还顺便保护了我们的地球!7. 你可别小瞧搅拌摩擦焊的效率哦!那速度,简直了!就跟火箭发射似的,蹭蹭就完成了。
要是赶工期的时候用上它,那得多省时间啊,太实用了!8. 搅拌摩擦焊的稳定性也是杠杠的呀!就像泰山一样稳稳当当,不管啥时候用都让人放心。
在一些重要的工程项目里,有它在,就感觉吃下了一颗定心丸呢!9. 总之啊,搅拌摩擦焊的这些特点真的是太优秀啦!它节能环保、高效稳定、质量超高,简直就是焊接界的明星嘛!不管在啥领域都能大显身手,为我们的生活带来便利和保障!我看啊,以后它的应用肯定会越来越广泛的。
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5、工艺参数
影响搅拌摩擦焊的主要因素有搅拌头的材料和结构、旋转速 度、焊接速度、搅拌头的轴肩、被焊接材料的种类等。 1、搅拌头的材料和结构 搅拌摩擦焊是所使用的搅拌头由轴肩和摩擦棒组成。摩擦棒 的材料通常采用合金工具钢。搅拌头轴肩的直径通常是摩擦 棒直径的三倍左右。 2、搅拌头的旋转速度R 搅拌头的旋转速度R是影响搅拌摩擦焊的一个重要因素,经 过实验,当旋转速度较低时,不能形成良好的焊缝,搅拌头 的后边有一条沟槽。随着旋转速度的增加,沟槽的宽度减小, 当旋转速度提高到一定数值时,焊缝外观良好,内部的空洞 也逐渐消失。在合适的旋转速度下接头才能获得最佳强度数 值。 搅拌头的旋转速度通过改变热输入和塑性流来影响接头微观 组织,进而影响接头力学性能。
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6、搅拌头插入深度和保持时间 搅拌摩擦焊的起始插入速度不可过高,否则容易造成搅拌 头折损。但过慢则生产率低下。选择恰当的插入速度非常 重要。插入速度的快慢最终决定焊接起始阶段预热温度是 否足够,以便产生足够的塑性变形和流体流动。
7、接头形式
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6、搅拌摩擦焊设备
1、搅拌摩擦焊设备的组成
搅拌摩擦焊设备的部件很多,从设备功能结构 上可以把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、工件加紧机构和刚性机架等。 2、搅拌头
搅拌头是搅拌摩擦焊技术的关键,他的好坏决 定了被焊材料的种类和厚度。搅拌头包括轴肩和搅 拌针两部分,一般用工具钢制成,需要耐磨损和高 熔点。
搅拌摩擦焊设备
FSW焊机
各种搅拌头
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7、典型零件
航天器外壳的FSW焊接
铝合金轮毂的FSW焊接 箱体的FSW焊接
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框架的FSW焊接
8、参考文献
[1].李亚江 王娟 .特种焊接技术及应用 [M].第三 版.北京 :化学工业出版社 ,2012年8月 ,229249
由于搅拌摩擦焊过程中热输入相对于熔焊过程较小,接 头部位不存在金属的熔化,是一种固态焊接过程,在合金中 保持母材的冶金性能,可以焊接金属基复合材料、快速凝固 材料等采用熔焊会有不良反应的材料。其主要优点如下: (1)焊接接头热影响区显微组织变化小.残余应力比较 低,焊接工件不易形; (2)能一次宪成较长焊缝、大截面、不同位置的焊 接.接头高: (3)作过程方便实现机械化、自动化,设备简单,能耗 低,功效高,对作业环境要求低: (4)无需添加焊丝,焊铝合金时不需焊前除氧化膜,不 需要保护气体,成本低; (5)可焊热裂纹敏感的材料,适合异种材料焊接: (6)焊接过程安全、无污染、无烟尘、无辐射等。
搅拌摩擦焊
1、搅拌摩擦焊的基本概念 2、搅拌摩擦焊基本原理理 3、搅拌摩擦焊的特点 4、搅拌摩擦焊应用范围 5、搅拌摩擦焊工艺参数 6、搅拌摩擦焊设备 7、搅拌摩擦焊典型零件 8、参考文献
1、搅拌摩擦焊的基本概念
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。是利用高速 旋转的搅拌头和封肩与金属摩擦生热使金属 处于塑性状态,随着搅拌头向前移动,金属 向搅拌头后方流动形成致密焊缝的一种固相 焊方法。 返回
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4、应用范围
搅拌摩擦焊工艺是自激光焊接问世以来最引人注目的焊接方法。它 的出现将使铝合金等有色金属的连接技术发生重大变革。用搅拌摩擦焊方 法焊接铝合金取得了很好的效果。现如今在英、美等国正进行锌、铜、钛、 低碳钢、复合材料等的搅拌摩擦焊接。搅拌摩擦焊在航空航天工业领域有 着良好的应用前景。
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。 历经近十年的快速发展,赛福斯特公司已成功开发了60余套搅拌摩 擦焊设备,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。
2、基本原理
FSW焊接过程是利用一个一个非消耗的,圆柱体状的 高速旋转焊头(welding pin)在压力作用下,插入工件的接缝 处,与焊接工件材料摩擦,使该处材料温度升高软化,并 在焊头的搅拌作用下发生强烈塑性和混合作用,形成一个 整体.随着焊头沿工件的接缝的移动,形成焊缝。 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。缝 两边材料的摩擦、塑性变形、混合作用,其成为一个整体, 从而完成焊接。 FSW是一种固相焊接技术。
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3、搅拌摩擦焊的特点
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。 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。 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,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。
3、焊接速度V 焊接速度是影响搅拌摩擦焊质量的重要因素。经过实验,接头强度随焊接速 度的提高并非单调变化,而是存在峰值。当焊接速度小于150mm/min时,接头强 度随焊接速度的提高而增大。当转速为定值且焊接速度较低时,搅拌头/焊件界 面的整体摩擦热输入较高。如果焊接速度过快,使塑性软化材料填充搅拌针行走 所形成的空腔的能力变弱,软化材料填充空腔能力不足,焊缝内易形成一条狭长 且平行于焊接方向的隧道沟,导致接头强度降低。 搅拌头与被焊接材料摩擦所产生的热源强度q为: 式中 q —热源强度W/m; w —旋转角速度rad/min; P —轴肩与共建之间的压力Pa; µ —摩擦系数; R —轴肩的直径m; r —搅拌头中心到轴肩的距离m, r≤R; 从上式可知,搅拌摩擦焊接过程中,搅拌头的结构及其他参数确定之后,焊接线 能量与焊接速度成反比。根据搅拌摩擦焊所采用的搅拌头、板厚、所焊材料及旋 转速度的不同,焊接速度一般为1~2.5mm/s。
4、焊接压力P 搅拌头与被焊工件表面之间的接触状态对焊缝成型有较大的影 响。当压力不足时,表面热塑性金属“上浮”,溢出焊接表面,焊 缝底部冷却后会由于金属“上浮”而形成孔洞。 当压力过大时,轴肩于焊件表面摩擦力过大,摩擦热使轴肩发 生“粘头”现象,是焊缝表面出现飞边、毛刺等缺陷。 当压力适中时,焊核呈规则椭圆状,接头区域有明显分区,焊 缝底部完全焊透。
5、搅拌头倾斜角 搅拌头倾斜角影响接头去塑性金属流体流动,对焊核的形成有影响。 当倾斜角为0°时,焊核几乎对称,近似椭圆形,焊核与冠状区的 交界处存在明显的机械变形特征。随倾斜角增大,(列入为3° 时),焊核比较扁长。这是由于随倾斜角增大,塑性流体沿焊接方 向承受搅拌头的作用力增强,材料围绕搅拌针螺旋线向下运动的同 时沿焊接方向存在较大运动,从而形成扁长状的焊核。