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目前最先进的焊接工艺,搅拌摩擦焊,你知道原理吗

发布时间:2018-12-03   来源:百度文库  

  搅拌摩擦焊是由英国焊接技术研究所于1991年发明的新型焊接技术,其原理如下图所示。

  一根安装在主轴上的形状为蜗杆形式的搅拌针在一定压力下被插入焊缝位置,搅拌针的长度一般要比焊缝深度略浅,以此来保证主轴的轴肩能紧贴被焊接的工件表面。当工件与搅拌针和轴肩摩擦生热,焊缝附近的材料会因受热产生严重的塑性变形,但是,并不是熔化,只是成为一种“半流体”的状态,随着主轴带动搅拌针沿着焊缝的走向进给,搅拌针不断把已经处于“半流体”状态的材料搅拌到身后,当主轴离开后,这些材料将冷却固化,从而形成一条稳定的焊缝。

  大家都知道,以铝合金和镁合金为代表的轻质合金是航空航天器的主要结构材料之一。然而这些轻质合金的可焊性都非常差,传统的各种熔焊工艺都无法从根本上杜绝热裂纹、气孔和夹渣等这些焊接缺陷的产生,需要靠操作者具有非常高超的技术和工艺才能保证焊接质量。并且,熔焊的高温会产生大量热量和有毒的烟气,这对操作者的身体健康也造成了很大的威胁。而搅拌摩擦焊的出现从根本上解决了这一系列问题。 

  其次,相较于传统熔焊工艺在焊缝附近形成重新铸造形态,搅拌摩擦焊由于主轴会给被焊接的工件部位施加一个很大的压力,所以在焊缝附近得到的是锻造形态,这种锻造形态组织比铸造形态组织致密得多,因而焊接后零件的机械性能也比传统熔焊工艺做出来的好得多。而搅拌摩擦焊最大的优势体现在其本质是把机械能转化成焊接所需要的热能,所以可以用特定的公式相当准确的计算出焊接热及其引发的工件热变形的量,从而为事前的补偿和事后的纠正提供了几乎不依赖操作者经验的定量的依据,这是任何一种传统焊接工艺都望尘莫及的。

  此外,搅拌摩擦焊不需要焊料,这节约了不少成本,因为高端焊料往往都是非常昂贵的。当然,搅拌摩擦焊也有自身不少的局限性,比如,只适合焊接熔点相对较低的材料(如铝合金、镁合金或者铜合金);工件需要承受很大的紧固力固定在工作台上,并以很大的压紧力压紧,这可能造成额外的变形;对于不规则的异形焊缝的焊接速度较慢,搅拌针和轴肩材料损耗速度较快等。

   总之,搅拌摩擦焊做为一种新兴的焊接工艺正在应用于高端的焊接领域,相信随着技术的发展这个焊接工艺的应用会越来越广。

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