攪拌摩擦焊攪拌摩擦焊攪拌摩擦焊第一節(jié)攪拌摩擦焊的基本原理·第二節(jié)攪拌摩擦焊的焊接過程及特點·第三節(jié)攪拌摩擦焊工藝第四節(jié)攪拌摩擦焊設(shè)備第五節(jié)攪拌摩擦焊的應(yīng)用攪拌摩擦焊攪拌摩擦焊原理攪拌摩擦焊(FrictinStirWelding,簡稱FSW)利用一種特殊形式的攪拌頭邊旋轉(zhuǎn)邊前進,通過攪拌頭與工件的摩擦產(chǎn)生熱量,摩擦熱使該部位金屬處于熱塑性狀態(tài),并在攪拌頭的壓力作用下從其前端向后部塑性流動,從而使待焊件壓焊為一個整體它可以焊接所有髀號的鋁合金以及用熔焊萬法難以焊接的材料,并突破了普通摩擦焊對軸類零件的限制,可進行板材的對接、搭接、角接及全位置焊接。由于攪拌摩擦焊是固態(tài)焊接,所以沒有熔化焊時的氣孔、裂紋及合金元素燒損等缺陷。攪拌摩擦焊的接頭性能普遍優(yōu)于熔化焊的?！つ壳?攪拌摩擦焊技術(shù)已在飛機制造、機車車輛和船舶制造等領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用,主要用于鋁及其合金、銅合金、鎂合金、鈦合金、鉛、鋅等非鐵金屬材料的焊接,也可用于焊接鋼鐵金屬攪拌摩擦焊二、攪拌摩擦焊的焊接過程及特點軸向壓力一)攪拌摩擦焊焊接過程焊接方向攪拌摩擦焊是利用摩擦熱作為焊接熱源的種固相焊接方法,但與常規(guī)摩擦焊有所不同在進行攪拌摩擦焊接時,首先將焊件牢牢地固定在工作平臺上,然后,攪拌焊頭高速旋轉(zhuǎn)并將攪拌焊針插入焊件的接縫處,直至攪拌焊頭的肩部與焊件表面緊密接觸,攪拌焊針高速旋影響區(qū)轉(zhuǎn)與其周圍母材摩擦產(chǎn)生的熱量和攪拌焊頭的熱變形影響區(qū)肩部與焊件表面摩擦產(chǎn)生的熱量共同作用,使接縫處材料溫度升高且軟化,同時,攪拌焊頭圖4-20攪拌摩擦焊接過程示意圖邊旋轉(zhuǎn)邊沿著接縫與焊件作相對運動,攪拌焊1—攪摔頭軸肩2—焊件3—攪拌焊針頭前面的材料發(fā)生強烈的塑性變形。隨著攪拌焊頭向前移動,前沿高度塑性變形的材料被擠壓到攪拌焊頭的背后。在攪拌焊頭與焊件表面摩擦生熱和鍛壓共同作用下,形成致密牢固的固相焊接接頭。攪拌摩擦焊接過程如動畫所示。攪拌摩擦焊(二)攪拌摩擦焊的焊接接頭1接頭的分區(qū)根據(jù)塑性變形程度和熱作用的不同,1.將攪拌摩擦焊接頭分為4個區(qū)域。圖4-21FSW焊接接頭榿截面金相圖核區(qū)b熱機髟響區(qū)c—熱影響區(qū)d母材區(qū)母材區(qū)→圖中,d區(qū)為接頭中無熱作用也無塑性變形的母材區(qū)c區(qū)該區(qū)域的材料因受焊接熱循環(huán)的影響,微觀組織和力學(xué)性能熟影響區(qū)(HAZ)→均發(fā)生了改變,但該區(qū)域材料沒有產(chǎn)生塑性變形,其組織與母村組織無明顯的區(qū)別,只是消除了方向性很強的柱狀晶結(jié)構(gòu),熱影響區(qū)的寬度比熔焊時窄很多。熟機影響區(qū)一「區(qū)該區(qū)域是二個過渡區(qū)域材料已產(chǎn)生了一定程度的塑性變形,同溫度場a區(qū)為“焊核區(qū)”(WNz),該區(qū)域位于焊縫中心靠近攪拌針插入的位置,經(jīng)歷了高溫變后,焊核的中心發(fā)生了強烈的變形。應(yīng)變導(dǎo)致焊核區(qū)在焊接過程中發(fā)生了動態(tài)再焊核區(qū)結(jié)晶,并導(dǎo)致該區(qū)出現(xiàn)高密度的沉淀相,從而有利于抑制焊接過程中晶粒的長大。焊核區(qū)一般由細小的等軸再結(jié)晶組織構(gòu)成。在焊接過程中,材料與攪拌針之間的相互作用導(dǎo)致焊核區(qū)出現(xiàn)同心環(huán)(洋蔥環(huán)組織)攪拌摩擦焊2接頭力學(xué)性能焊態(tài)下,FSW焊縫焊核的強度要大于熱影響區(qū)的強度。對于退火狀態(tài)的鋁合金,拉伸實驗時首先發(fā)生破壞的部位通常在遠離焊縫和熱影響區(qū)的母材上。對于形變強化和熱處理強化的鋁合金,FSW接頭的不同區(qū)域發(fā)生了軟化,但可以通過控制熱循環(huán),尤其是通過降低焊縫熱機影響區(qū)的退火效應(yīng)和過時效的影響來改善接頭的性能,也可以通過焊后熱處理的方式提高熱處理強化鋁合金FsW接頭的性能。表414典型航天儲箱結(jié)構(gòu)錯合金SW接頭的力學(xué)性能焊件材料抗拉強度ab/MPa仲長率b(%)2A14-T母材26—T7母材2B16-T接頭2195—T8母材2195—18揸頭汪:表中a”為FW接頭的抗拉強度;a為母材的抗拉強度攪拌摩擦焊表415FSW接頭/母材的力學(xué)性能服強度σnMPa抗拉蜮度JMP伸長率品3(%5083-0母材83-0接頭23.05083-B21棱頭150.9l6082-T每材6092-T接頭82-1接頭+時效68274母材20624換頭85-179甚頭+時效注:為FSW接頭的抗拉強度:abm為母材的拖拉強座。攪拌摩擦焊實驗結(jié)果表眀,攪拌摩擦焊對接接頭的疲勞性能大都超過相應(yīng)熔焊接頭的設(shè)計推薦值。總之,對于鋁合金材料,其FSW接頭的抗拉強度均能達到母材的70%以上。接頭性能的具體數(shù)值,除了與母材本身的性能有關(guān)外,在很大程度上還取決于FSW的焊接參數(shù)目前,國內(nèi)外關(guān)于攪拌摩擦焊的研究及應(yīng)用主要集中在鋁合金、合金以及純銅等軟質(zhì)、易于成形的材料上,對于鈦合金、不銹鋼、基復(fù)合材料等的研究和應(yīng)用也取得了較大的進展。中國技術(shù)資料網(wǎng)噴氣客機的攪拌摩擦焊鎂合金的攪拌摩擦焊攪拌摩擦焊8(三)攪拌摩擦焊的特點優(yōu)點焊縫是在塑性狀態(tài)下受擠壓完成的,屬于固相焊接,因而其接頭不會產(chǎn)生與冶金凝固有關(guān)的一些如裂紋、夾雜、氣孔以及合金元焊縫質(zhì)量好→素的燒損等熔焊缺陷和脆化現(xiàn)象,焊縫性能接近母材,力學(xué)性能優(yōu)異。適于焊接鋁、銅、鉛、鈦、鋅、鎂等非鐵金屬及其合金以及鋼鐵材料、復(fù)合材料等,也可用于異種材料的連接。不受軸類零件的限制,可進行平板的對接和搭接,可焊接不受軸類零件限制→直焊縫、角焊縫及環(huán)焊繼,可進行大型框架結(jié)構(gòu)及大型筒體制造、大型平板對接等,擴大了應(yīng)用范圍無需高的操作技能和訓(xùn)練→/攪拌摩擦焊利用自動化的機械設(shè)備進行爆接,避免了對操作工人技術(shù)熟練程度的依賴,質(zhì)量穩(wěn)定,重復(fù)性高焊接時無需填充材料、保護氣體,焊前無需對焊件表面預(yù)處理,焊接過程中無需施加保護措施,厚大焊件邊緣不用加工不需焊絲和保護氣氛坡口,簡化了焊接工序∴焊接鋁合金材料不用去氧化膜,只需去除油污即可攪拌摩擦焊優(yōu)點由于攪拌摩擦焊為固相焊接,其加熱過程具有能量密度髙、熱輸入速度快等特點,因而焊接變形小,焊后殘余應(yīng)力小。在保焊件尺寸精度高→證焊接設(shè)備具有足夠大的剛度、焊件裝配定位精確以及嚴格控制焊接參數(shù)的條件下,焊件的尺寸精度高綠色焊接方法→攪拌摩擦焊焊