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关于[搅拌摩擦焊]生动的图文解析(附视频)
来源:焊接之家 发布时间:2016年02月22日
说熟悉是因为从参加工作开始无数次接触到搅拌摩擦焊的焊接工艺,说陌生是因为每次也就“点到为止”,却从未关心过它的身世背景,本期资讯就来关心下搅拌摩擦焊的由来、原理、应用领域。
搅拌摩擦焊(Friction Stir Welding,简称FSW) 是英国焊接研究所(The Welding Institute)于1991年发明的专利焊接技术,如今的应用领域极为广泛,包括:航天筒体结构件、航空薄壁结构件、船舶宽幅带筋板、高速列车车体结构、大厚度雷达面板、汽车轮毂、集装箱型材壁板、各种结构散热器及热沉器等结构的焊接。
1.基本原理
搅拌摩擦焊工艺是自激光焊接问世以来最引人注目的焊接方法。它的出现使铝合金等有色金属的连接技术发生重大变革。用搅拌摩擦焊方法焊接铝合金取得了很好的效果。搅拌摩擦焊焊接过程是由一个搅拌头(焊头)伸入工件的接缝处,通过焊头的高速旋转,使其与焊接工件材料摩擦,从而使连接部位的材料温度升高软化。同时对材料进行搅拌摩擦来完成焊接。
图1 搅拌摩擦焊原理

2.优缺点
2.1 焊缝力学性能好
搅拌摩擦焊焊接温度较低,焊接过程中焊缝金属未熔化,仅达到塑性状态,保持着材料的冶金性能,所以不会出现像熔焊过程中出现的焊缝处大范围塑性变形带来的焊接缺陷。搅拌摩擦焊焊后接头处变形和残余应力都较小,故而力学性能好。
2.2 成本低
焊接过程中不需要添加焊接材料(焊条、焊丝、保护气体等),整个焊接过程仅仅消耗搅拌头,铝合金焊接时,一个工具钢搅拌头可以焊接800m长的焊缝。搅拌摩擦焊对焊接设备要求简单,可以利用现有机床改造而成,焊接工艺参数少,操作方便。
2.3 绿色焊接
焊前工件不需要进行严格的表面清理,焊接工程中的摩擦和搅拌可以除去焊接件表面的氧化膜,焊接过程无烟尘和飞溅,噪音小,被称为绿色焊接技术。
3.应用范围
基于搅拌摩擦焊在力学性能、适用范围、制造成本和环境方面的巨大优越性,该技术已在航天、航空等领域迅速发展。
3.1 航天领域
搅拌摩擦焊在航天领域的应用发展迅速,如运载火箭的燃料贮箱的焊接、航天飞机的燃料贮箱的焊接、载人返回舱、回转体舱段等等。波音公司的搅拌摩擦焊专用车间可以焊接导弹发动机、飞船运载工具等大型结构。波音公司报道,在Delta II火箭的助推器和燃料箱的焊接过程中,采用搅拌摩擦焊技术焊接了长达2100m的焊缝,工期由原来的23天减至6天,工件重量得到降低、焊缝质量大大提高,大大降低了成本。
图2  搅拌摩擦焊贮箱
图3   搅拌摩擦焊工件

3.2 航空领域
航空领域,搅拌摩擦焊的应用主要包括飞机蒙皮、飞机壁板、外挂燃料箱等,实现飞机蒙皮和衍梁、筋条、加强件之间的连接,以及框架之间的连接。图4是欧洲计划用搅拌摩擦焊焊接的空中列车A319、A321和大型空中列车A380的机身结构图。与过去的机械加工和铆接技术相比,搅拌摩擦焊技术降低了飞机成本,减轻了飞机重量,因而在军用及民用飞机制造业中,搅拌摩擦焊都有很好的应用前景。
图4  搅拌摩擦焊焊接的空中列车机身结构(图中箭头所指)

3.3 其他领域
除了航空、航天领域,搅拌摩擦技术在船舶、列车、汽车、电子、电力等工业领域中也得到了很好的应用,创造了可观的社会经济效益。
4.前景展望
一方面扩展搅拌摩擦焊的应用范围,理论上讲,只要搅拌头有足够的热强度,所有因摩擦热能局部塑化的材料都可以用搅拌摩擦进行连接。近些年来英、美、日、中等国正进行锌、铜、钛、低碳钢、复合材料等的搅拌摩擦焊接研究,搅拌摩擦焊适用范围还在不断扩大。
另一方面,可以将机械、数控设备与搅拌摩擦焊技术相结合,创新设备,研制新型搅拌头,增强辅助工艺,以期降低成本,高效发展。基于研究的深入,相信搅拌摩擦焊的发展前景会越来越广阔。
【附摩擦搅拌焊视频集锦】


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