摩擦焊的应用
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。
摩擦焊接以其优质、高效、节能、无污染的技术特色，在航空、航天、核能、兵器、汽车、电力、海洋开发、机械制造等高新技术和传统产业部门得到了愈来愈广泛的应用。下面以摩擦焊接在航空航天工业与汽车工业中的应用举例说明。 (1)航空航天工业 随着现代高性能军用航空发动机的不断更新，其主要性能指标——推重比亦不断提高。同时对发动机的结构设计、材料及制造工艺均提出了更高的要求。从70年代起，以美国GE公司为代表，在军用航空发动机转子部件（盘+盘、盘+轴）制造中，率先成功地采用了惯性摩擦焊接技术。GE公司生产的TF39航空发动机的16级压气机盘；CMF56航空发动机的1-2级，4-9级，以及压气机轴；F101航空发动机的1-3级盘与鼓及前轴颈，5-9级盘与鼓及后轴颈等均采用了摩擦焊接工艺，有的还采用了粉末冶金—等温锻造—摩擦焊接组合工艺。API(Udimet700、Astroloy)、In100和René95及In718之类的粉末高温合金盘已成功地采用了惯性摩擦焊接，其焊接接头性能可达到母材的水平。美国Textron Lycoming公司生产的新型大功率T55涡轮喷气发动机的前盘与前轴、后轴的连接都是采用盘+轴一体的摩擦焊接结构。P&W公司将摩擦焊接列为80年代发动机制造中的五项重大焊接技术之一；德国MTU公司正在开展高压压气机转子等大型部件的摩擦焊接技术研究；法国海豚发动机也将摩擦焊接推广应用于减速器锥形齿轮的焊接，等等。国外一些先进的航空发动机制造公司已将摩擦焊接作为焊接高推重比航空发动机转子部件的主导的、典型的和标准的工艺方法。普遍认为摩擦焊是可靠、再现性好和可信赖的焊接技术。 在飞机制造中，摩擦焊接也展现了新的应用前景。AISI4340超高强度钢因其具有高的缺口敏感性和焊接脆化倾向，当用来制造飞机起落架时，国外规定不允许采用熔化焊接方法施焊，已成功地进行了4340管与4030锻件起落架、拉杆的摩擦焊接。此外，直升飞机旋翼主传动轴的NitralloyN合金齿轮与18%高镍合金钢管轴的焊接、双金属飞机铆钉、飞机钩头螺栓等均采用了摩擦焊接，这表明摩擦焊接技术已渗透到了飞机重要承力构件的焊接领域。 某航天飞机三部发动机上1800个高温合金喷射器柱全部是由摩擦焊接方法焊接到发动机上的。 (2)汽车工业 国外在汽车零配件规模化生产中，摩擦焊接技术占有较重要的地位。据不完全统计，美国、德国、日本等工业发达国家的一些著名汽车制造公司，已有百余种汽车零配件采用了摩擦焊接技术。 国内外在发动机双金属排气阀生产中广泛采用了摩擦焊接技术将NiCr20TiAl（Nimonic 80)、5Cr21Mn9Ni4(21-4N)、4Cr14Ni14W2Mo之类的高温合金或奥氏体型耐热钢盘部与4Cr9Si2、4Cr10Si2Mo之类的马氏体型不锈耐热钢杆部连接起来形成整体排气阀，特别适合于空心阀的制造。采用锻焊复合结构取代整体锻造生产汽车半轴在国外已得到广泛应用。另外，汽车及工程机械上风扇轴支座组件、空心后轴、前悬架、自动变速器输出轴、无变形飞轮齿圈、发电机支座、粘性传动风扇联轴节、起动机小齿轮组件、速度选择轴、变扭器盖、汽车液压千斤顶、转向节、司机侧气囊充气器、万向节组件、凸轮轴、水泵毂和轴、直接离合器鼓和毂组件、后桥壳管、倾斜转向轴、叉、冷却风扇电机壳体和轴、等速万向节、连轴齿轮、变扭器盖、传动轴、叉、涡轮传动轴、中央轴、涡轮增压器、乘客侧气囊充气器、 汽车用扁尾套筒扳手、后悬架臂、空调机蓄压器等的制造过程中均可利用摩擦焊接工艺简化制造工艺和降低生产成本。
万宇科技
2024-12-02 广告
