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搅动摩擦焊的特点和应用
作者：bearingpower 发表时间：2010-12-12
搅动摩擦焊的特点和应用关键字：摩擦焊 1 前言 摩擦焊是利用焊件接触端面相对旋转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，被公认为是一种快速而可靠的方法，在航空发动机压气机转子的制造中得到广泛应用。搅动摩擦焊是在传统摩擦焊的基础上派生出来的，并由英国人C.J.Dawes和W.M.Thomas获得发明专利。它是自激光束焊以来最为引人注目的新工艺,在航空航天界引起极大兴趣,以期用该工艺解决铝锂合金厚板的连接,继而解决金属基复合材料及不能焊的7075等7000系铝合金的焊接问题。2 工作原理及工艺特性 搅动摩擦焊设备的关键是一个作高速旋转的台肩刀具，刀头由硬质合金制成，依焊件不同制成特定形状，其长度比焊缝深度略浅。焊前，首先将待焊母材固定在底板上，刀具的轴线对准焊缝。焊接开始后，刀具以一定的速度做圆周运动并插入到焊缝中，并沿焊缝方向移动。由于摩擦，母材局部温度升高到500℃左右，达到热塑性状态，另一方面，由于刀头的旋转，对母材也有搅动、碾压和锻造等作用，随着刀具的的移动，在其后形成一道焊缝［1］。 搅动摩擦焊具有以下工艺特点：(1) 固相连接在合金中保持母材冶金性能，可焊金属基复合材料、快速凝固材料等采用熔焊会有不良反应的材料;(2) 对挤压型材进行焊接，可制成大型结构，如船板、框架、平台等;(3) 实现不同材料的连接，如铸件与挤压件;(4) 残余应力比熔焊低(即使是长焊缝);(5) 不需焊料;(6) 设备简单，能耗低，功效高(如单道12.5mm厚6000系铝合金总能耗3kW);(7) 操作人员不需受特殊训练;(8) 不需焊前除氧;(9) 适于自动化生产;(10) 不需开专门的坡口,可用于几种接头形式:对接,搭接和角焊;(11) 可焊热裂纹敏感的材料。3 焊缝显微组织及力学性能 搅动摩擦焊整个过程是在固态下完成的，不会得到铸造组织，避免了采用熔焊时因熔化和凝固而形成的孔隙、微裂纹、变形和残余应力，也不会有任何元素丢失，且焊缝组织较母材更细密，接头强度一般不低于母材，且同时具有很好的弯曲韧性。如在焊缝根部受拉时，可将2014AT6合金弯曲180°，做拉伸试验时，断口出现在靠近母材一侧的热影响区；厚度分别为1.6mm、6.4mm，12.7mm的6082T6铝合金均可弯曲180°；5083 O状合金同样可弯曲180°，且拉伸断口在焊缝和热影响之外，具体试验结果见下表［2］。 表 O态6mm厚5083铝合金焊件拉伸试验结果Table Tensile test data for weldsmadein 6mm thick alloy 5083 in the O condition试样取样位置试样尺寸/mmσ0．2/MPaσb/MPaδ/10－2横截面标距1垂直于焊缝19.98×5.926213730224.02垂直于焊缝19.95×5.906214229824.03垂直于焊缝19.98×5.866214329721.04母材19.76×6.026214829823.5 4 应用现状和不足 铝锂合金因其具有高比强度、高比刚度,低密度等特性成为理想的航空航天用结构材料。限制其实际应用的障碍,除材料自身因素外,主要就是焊接问题,因为锂是活泼金属元素,在熔融状态极易挥发。采用普通熔焊方法，焊缝中的Li元素会全部挥发，而采用搅动摩擦焊，局部最高温度只有～500℃，即在中温表面上进行,可以阻止Li的挥发［3］。 另外，采用熔焊方法焊接金属基复合材料时，在焊缝周围，增强材料的分布会发生变化。而采用搅动摩擦焊，就能解决SiC增强金属基复合材料的焊接问题［3］。 搅动摩擦时也存在一定缺点：(1) 对板材进行单道连接时，焊接速度低于电弧焊(尽管18mm厚板材单道焊件采用摩擦搅动焊)；(2) 焊件的夹持要求较高；(3) 焊缝端头形成一个洞眼；(4) 难以对焊缝进行修补；(5) 刀头因磨损消耗太快。人们正尝试用更为耐磨的陶瓷材料替代目前使用的硬质合金，如钴基高温合金等。这一工作相当困难，因为陶瓷材料很难达到所需的韧性［3］。 搅动摩擦搅动焊适于各种铝合金制件，包括铝锂合金、铝基复合材料制件的连接，为铝锂合金在航空航天中应用创造了条件。据估计,此法在工业上应用尚需一至两年时间。- 市场一部：022-58519722
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