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先进的搅拌摩擦焊技术
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  • 先进的搅拌摩擦焊技术
    摘要:本文简要介绍了搅拌摩擦焊接技术的工艺原理以及它的技术优势和发展前景。搅拌摩擦焊是摩擦焊方法的新发展,是英国焊接研究所提出的专利技术。它可以对多种熔化焊接性差的有色金属进行可靠的连接,而且焊接工艺简单。
    关键词:搅拌摩擦焊 技术优势 工业应用 发展前景
    摘要:本文简要介绍了搅拌摩擦焊接技术的工艺原理以及它的技术优势和发展前景。搅拌摩擦焊是摩擦焊方法的新发展,是英国焊接研究所提出的专利技术。它可以对多种熔化焊接性差的有色金属进行可靠的连接,而且焊接工艺简单。
    关键词:搅拌摩擦焊 技术优势 工业应用 发展前景

    1.绪论

    搅拌摩擦焊是由英国焊接研究所(The Welding Institute,简称TWI)于1991年提出的一种固态连接方法[1-5],并于1993年和1995年在世界范围内的发达和发展中国家申请了知识产权保护[1,2,6,7]。此技术原理简单,且控制参数少、,易于自动化,可将焊接过程中的人为因素降到最低。搅拌摩擦焊技术与传统的熔焊相比,拥有很多优点,因而使得它具有广泛的工业应用前景和发展潜力。有关搅拌摩擦焊接头的组织、力学性能(包括断裂、疲劳、腐蚀性能)、无损检测以及工艺参数对焊缝质量的影响等的研究是推广应用搅拌摩擦焊的基础,有关这些方面的研究是这个领域的研究热点。

    搅拌摩擦焊技术是世界焊接技术发展史上自发明到工业应用时间跨度最短和发展最快的一项神奇的固相连接新技术[8]。截止2002年9月15日,世界范围内得到英国焊接研究所(TWI)搅拌摩擦焊专利技术许可的用户己经有78家,与搅拌摩擦焊技术相关的专利技术有551项[8,9,10,11],用户已覆盖24个国家和地区。著名的B o e i n g、NASA、 BAE、 HONDA、 GE、HITACHI、MARTIN等公司购买了此项技术,并已大量的在航天、航空、车辆、造船等行业得到成功地应用[10,12]。

    2.搅拌摩擦焊原理及工艺

    搅拌摩擦焊的焊接原理如图l所示[13-30]。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。一个带有特型搅拌指头的搅拌头旋转并缓慢的将搅拌指头插入两块对接板材之间的焊缝处。一般来讲,搅拌指头的长度接近焊缝的深度。当旋转的搅拌指头接触工件表面时,与工件表面的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。搅拌指头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件表面为止。这时,由旋转轴肩和搅拌指头产生的摩擦热在轴肩下面和搅拌指头周围形成大量的塑化层。当工件相对搅拌指头移动或搅拌指头相对工件移动时,在搅拌指头侧面和旋转方向上产生的色大哥搅拌和顶锻作用下,搅拌指头的前表面把塑化的材料移送到搅拌指头后表面。在搅拌指头沿着接缝前进时,搅拌焊头前头的对接接头表面被摩擦加热至超塑性状态。搅拌指头和轴肩磨擦接缝,破碎氧化膜,搅拌和重组搅拌指头后方的磨碎材料。搅拌指头后方的材料冷却后就形成焊缝,可见此焊缝是在热——机联合作用下形成的固态焊缝。这种方法可以看作是一种自锁孔连接技术,在焊接过程中,搅拌指头所在处形成小孔,小孔在随后的焊接过程中又被填满,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[8,27]。在焊接过程中主要的产热体是搅拌指头和轴肩。在焊接薄板时,轴肩和工件的摩擦是主要的热量来源[13]。

    图1:搅拌摩擦焊原理图
    搅拌摩擦焊焊接工艺参数主要有:搅拌指头的焊接速度、搅拌指头的旋转速度以及压紧力。这些参数决定了焊接过程中搅拌指头周围产生的热量,并且直接影响到焊缝的组织和性能。

    3.搅拌摩擦焊技术优势

    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。如图2所示。 ...
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