Question

摩擦焊接技术的特点有哪些？

Answer 1

搅拌摩擦焊( Friction Stir Welding,W)是利用摩擦产生的热量实现板材连固态连接技术，由英国焊接研究所(TW1)于1991发明。这种方法打破了原来限于圆形断面材料焊接的概念，对于铝合金、镁合金、铜及其合金、钛合金、钢以种材料的焊接，均可获得性能优良的焊接接头。搅拌摩擦焊技术发明至今，已经发铝合金结构制造中可以替代熔焊技术的工业化实用的固相连接技术，在航空航天速舰船快艇、高速轨道列车、汽车等轻型化结构以及各种铝合金型材拼焊结构的制经展示出显著的技术和经济效益

1.1搅拌摩擦焊的原理

它是利用一种带有搅拌针旋转方向和轴肩的特殊形式的焊接工具 焊接方向后退(称之为搅拌头)进行焊接，在焊接过程中搅拌针要以一定速度前进侧旋转着插入被焊材料的结合界面处，搅拌摩擦焊搅拌头通过插入工件接缝内的搅拌

轴肩 搅拌针针、轴肩与被焊工件摩擦所产生的摩擦热的共同作用，同时结合搅拌头对焊缝金属的挤压，被焊工件处于高塑性状态，搅拌摩擦焊在搅拌头的高速搅拌和轴肩的挤压下，静轴肩搅拌摩擦焊被焊工件材料从后退侧绕过探针到前进侧尾部联合作用下形成致密的金属间结合，而后冷却形成固态焊缝，实现材料的连接。在形成搅拌摩擦焊接头时，摩擦生热是使材料待焊部位温度升高达到塑性素，电池托盘焊接工件中的温度分布、塑性区的大小与摩擦生热的速率有关；而搅拌头的搅焊缝的充分条件，只有通过搅拌头的搅拌给其周围塑化金属提供驱动力，才能缝方向移动时，搅拌头周围的塑化金属由搅拌头的前方向后方流动，并在搅拌的挤压下形成致密的焊缝。

Answer 2

摩擦焊接技术的特点\x0d\x0a　⑴固态焊接\x0d\x0a摩擦焊接过程中，被焊材料通常不熔化，仍处于固相状态，焊合区金属为锻造组织(图5-4)。与熔化焊接相比，在焊接接头的形成机制和性能方面，存在着显著区别。首先，摩擦焊接头不产生与熔化和凝固冶金有关的一些焊接缺陷和焊接脆化现象，如粗大的柱状晶、偏析、夹杂、裂纹和气孔等；其次，轴向压力和扭矩共同作用于摩擦焊接表面及其近区，产生了一些力学冶金效应，如晶粒细化、组织致密、夹杂物弥散分布，以及摩擦焊接表面的“自清理”作用等；再者，摩擦焊接时间短，热影响区窄，热影响区组织无明显粗化。上述三方面均有利于获得与母材等强的焊接接头。这一特点是决定摩擦焊接头具有优异性能的关键因素。\x0d\x0a⑵广泛的工艺适应性\x0d\x0a 上述特点亦决定了摩擦焊接对被焊材料具有广泛的工艺适应性。除传统的金属材料外，还可焊接粉未合金、复合材料、功能材料、难熔材料等新型材料，并且特别适合于异种材料，如铝—铜、铜—钢、高速钢—碳钢、高温合金—碳钢等的焊接，甚至陶瓷—金属、硬质合金—碳钢、钨铜粉末合金—铜等性能差异非常大的异种材料亦可采用摩擦焊接方法连接。因此，为了降低结构成本或充分发挥不同材料各自性能优势而采用异种材料结构时，摩擦焊接是解决连接问题的优选途径之一。对某些新材料，如高性能航空发动机转子部件采用的U700高铝高钛镍基合金和飞机起落架采用的AISI4340(300M)超高强钢等，由于合金元素含量较高，采用熔化焊接可能在焊接或焊后热处理过程中产生裂纹，熔焊焊接性较差，而摩擦焊接已被确认为是焊接这类材料最可靠的焊接方法。\x0d\x0a 摩擦焊接还具有广泛的结构尺寸和接头形式适应性。现有的摩擦焊机可以焊接截面积为1~161 000 mm2的中碳钢工件。可用于管对管、棒对棒、棒对管、棒(管)对板的焊接，也可将管和棒焊接到底盘及突出部位，在任何位置都可以实现准确定位。\x0d\x0a⑶焊接过程可靠性高\x0d\x0a 摩擦焊接过程完全由焊接设备控制，人为因素影响很小。焊接过程中所需控制的焊接参数较少，只有压力、时间、速度和位移。特别对国外广泛采用的惯性摩擦焊接，当飞轮转速被设定时，实际上只需控制轴向压力一个参数，易于实现焊接过程和焊接参数的自动控制，以及焊接设备的自动化，从而使焊接操作十分简便，焊机运行和焊接质量的可靠性、重现性大大提高。将计算机技术引入到摩擦焊接过程控制中，对焊接参数进行实时检测与闭环控制，可进一步提高摩擦焊接过程的控制精度与可靠性。摩擦压力控制精度可达±0.3MPa，主轴转速控制精度可达±0.1%。\x0d\x0a⑷焊件尺寸精度较高\x0d\x0a 由于摩擦焊接为固态连接，其加热过程具有能量密度高、热输入速度快以及沿整个摩擦焊接表面同步均匀加热等特点，故焊接变形较小。在保证焊接设备具有足够大的刚性、焊件装配定位精确以及严格控制焊接参数的条件下，焊件尺寸精度较高。焊接接头的长度公差和同轴度可控制在±0.25 mm左右。\x0d\x0a⑸高效\x0d\x0a 据美国G.E.公司(即通用电气公司)报道[8]，采用惯性摩擦焊接TF39航空发动机大截面、薄壁(直径为610 mm，壁厚为3.8 mm)压气机盘时，其焊接循环时间仅需3 s左右；美国HUGHES(休斯)公司焊接高强度、大截面石油钻杆(直径127 mm，壁厚为15 mm)的焊接循环时间也只需15 s左右。一般说来，摩擦焊接的生产效率要比其它焊接方法高一倍至一百倍，非常适合于大批量生产。若配备有自动上下料及焊前、焊后辅助工序的机械化装置，生产效率会进一步提高。\x0d\x0a⑹低耗\x0d\x0a 摩擦焊接不需要特殊的焊接电源，所需能量仅为传统焊接工艺的20%左右，亦不需要填加其它消耗材料，如焊条、焊剂、电极、保护气体等，因此是一种节能、低耗的连接工艺。\x0d\x0a⑺清洁\x0d\x0a 摩擦焊接过程中不产生火花、飞溅、烟雾、弧光、高频和有害气体等对环境产生影响的污染源，是一种清洁的生产工艺。\x0d\x0a 另外，摩擦焊接还具有易于操作、对焊接面要求不高等优点。其局限性是受被焊零件形状的限制，即摩擦副中一般至少要求一个零件是旋转件。目前主要用于圆柱形轴心对称零件的焊接。但近期研究的相位控制摩擦焊接、线性摩擦焊接、搅拌摩擦焊接等成功地解决了轴心不对称且具有相位要求的非圆柱形构件乃至板件对接等焊接问题，进一步扩大了摩擦焊接的应用范围。\x0d\x0a 总之，摩擦焊接是一种优质、高效、低耗、清洁的先进焊接制造工艺，在高新技术产业和传统产业部门具有巨大的技术潜力和广阔的市场应用前景。通过与计算机、信息处理、软件、自动控制、过程模拟、虚拟制造等高技术的紧密结合，摩擦焊接正在以高新技术面貌展现在人们面前。