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铝焊方法-搅拌摩擦焊

 

搅拌摩擦焊
摩擦焊是 在压力作用下,利用焊件表面接触面之间的相对摩擦运动和塑性流动所产生的热量,是接触面及其附近金属达到粘塑性状态并产生适当的宏观塑性变形,通过两侧材料间的相互扩散和动态再结晶而实现连接的固态焊接方法。由于是固态焊,因而具有对被焊材料具有广泛的工艺适应性,非常适合于异种材料间的焊接。其焊接过程完全由焊接设备控制,所以焊接过程的可靠性高,人为影响因素很小。
1891年,美国批准第一个摩擦焊专利,摩擦焊以其优质、高效、节能、无污染的技术特色获得了广泛应用。特别是近年来涌现的摩擦焊新技术,如超塑性摩擦焊、线性摩擦焊、搅拌摩擦焊等,使其在航空航天、机械制造、石油钻探、汽车制造等领域得到越来越广泛的应用。我国是世界上研究摩擦焊最早的国家之一,早在1957你那就成功实现了铝-铜摩擦焊。
搅拌摩擦焊Friction Stir Welding ,简称FSW)发明于英国的TWI,是一项创新的摩擦焊技术。竞购十多年的发展,搅拌摩擦焊技术已日趋完善并成功应用于航空、航天、汽车、造船和高速铁路列车等诸多轻合金(主要是铝、铜、镁、锌及其合金)结构制造领域,其可焊厚度2~50mm。对于常规熔焊方法难以焊接的轻金属材料及异种轻金属之间的连接,采用搅拌摩擦焊均可获得满意的接头性能。
搅拌摩擦焊是一项高效、低耗、低成本、符合环保要求的固相连接技术。其原理是利用轴肩和搅拌头与焊件见的摩擦热使结合面处的金属塑态化并在搅拌头和轴肩的共同牵引、搅动作用下向后流动、‘填充、形成固相焊缝的过程。显然,搅拌头的外形轮廓与转速、焊接压力、焊件移动速度是关键的工艺参数。只要焊接头材料额高温强度和耐磨性足够好,就可以实现塑态化温度较高的材料间的搅拌摩擦焊连接。目前,搅拌摩擦焊已成功应用于铝、镁、铜等轻合金板材的连接。在实验室也实现了钛、钢材的搅拌摩擦焊接。
由于铝及铝合金的熔点不高(482~660℃),工作温度高于700℃的搅拌头材料容易获得,所以搅拌摩擦焊非常适合于焊接同质或异质的铝及铝合金,尤其适于焊接常规熔焊工艺难于焊接的高强度铝合金。即便是焊接方法易于焊接的铝及铝合金,使用搅拌摩擦焊也可以显著提高接头的性能。由于控制参数少,易于自动化,可将焊接过程中的人为因素降到最低,接头形式也多种多样,适于连接对接、搭接、角接和丁字接头。
由焊接原理可知,搅拌摩擦焊消除了气孔产生的根源--熔化结晶,解决了铝及铝合金熔焊的气孔问题。铝及铝合金搅拌摩擦焊时,在搅拌头的摩擦碾压作用下,链接区的塑性金属发生动态回复与再结晶等冶金过程,细化了焊缝区的组织,使接头的强度系数大幅度提高。

搅拌摩擦焊的优点:
1.控制参数少,易于实现自动化,焊缝质量一致性搞。
2.焊前准备和焊后处理工作很少,降低劳动强度,提高工作效率。
3.焊接温度相对较低,焊缝区的残余应力和残余形变显著减小。
4.采用立式、卧式工装均可实现焊接。
5.搅拌摩擦焊不产生弧光、烟尘、噪声等污染,属于绿色加工方法。

搅拌摩擦焊的工艺局限性:
1.需要施加足够大的顶锻压力和向前驱动力,因而需要由一定刚性的装置牢固地夹持待焊零件来实现焊接。
2.由于搅拌头的回抽,焊缝末尾会存在“匙孔”,焊接时需要增加“引焊板”和“出焊板”。
3.与弧焊方法相比,搅拌摩擦焊缺乏相对的工艺柔性,对工装设备要求较高,难以实现复杂焊缝的焊接:由于需要施加很大的顶锻压力,也无法再机器人等设备上应用。
4.出现焊接缺陷时,为保证接头的高性能,需要固相焊接方法进行补焊。

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