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摩擦焊接技術的特點

發表時間:2018-11-01 08:41

摩擦焊接技術特點
 ⑴固態焊接
摩擦焊接過程中,被焊材料通常不熔化,仍處于固相狀態,焊合區金屬鍛造組織。與熔化焊接相比,在焊接接頭的形成機制和性能方面,存在著顯著區別。首先,摩擦焊接頭不產生與熔化和凝固冶金有關的一些焊接缺陷和焊接脆化現象,如粗大的柱狀晶偏析、夾雜、裂紋和氣孔等;其次,軸向壓力和扭矩共同作用于摩擦焊接表面及其近區,產生了一些力學冶金效應,如晶粒細化、組織致密、夾雜物彌散分布,以及摩擦焊接表面的“自清理”作用等;再者,摩擦焊接時間短,熱影響區窄,熱影響區組織無明顯粗化。上述三方面均有利于獲得與母材等強的焊接接頭。這一特點是決定摩擦焊接頭具有優異性能的關鍵因素。
⑵廣泛的工藝適應性
 上述特點亦決定了摩擦焊接對被焊材料具有廣泛的工藝適應性。除傳統金屬材料外,還可焊接粉未合金復合材料功能材料、難熔材料等新型材料,并且特別適合于異種材料,如鋁—銅、銅—鋼、高速鋼—碳鋼、高溫合金—碳鋼等的焊接,甚至陶瓷—金屬、硬質合金—碳鋼、鎢銅粉末合金—銅等性能差異非常大的異種材料亦可采用摩擦焊接方法連接。因此,為了降低結構成本或充分發揮不同材料各自性能優勢而采用異種材料結構時,摩擦焊接是解決連接問題的優選途徑之一。對某些新材料,如高性能航空發動機轉子部件采用的U700高鋁高鈦鎳基合金飛機起落架采用的AISI4340(300M)超高強鋼等,由于合金元素含量較高,采用熔化焊接可能在焊接或焊后熱處理過程中產生裂紋,熔焊焊接性較差,而摩擦焊接已被確認為是焊接這類材料最可靠的焊接方法。
 摩擦焊接還具有廣泛的結構尺寸和接頭形式適應性。現有的摩擦焊機可以焊接截面積為1~161 000 mm2的中碳鋼工件。可用于管對管、棒對棒、棒對管、棒(管)對板的焊接,也可將管和棒焊接到底盤及突出部位,在任何位置都可以實現準確定位。
⑶焊接過程可靠性高
 摩擦焊接過程完全由焊接設備控制,人為因素影響很小。焊接過程中所需控制的焊接參數較少,只有壓力、時間、速度和位移。特別對國外廣泛采用的慣性摩擦焊接,當飛輪轉速被設定時,實際上只需控制軸向壓力一個參數,易于實現焊接過程和焊接參數的自動控制,以及焊接設備的自動化,從而使焊接操作十分簡便,焊機運行和焊接質量的可靠性、重現性大大提高。將計算機技術引入到摩擦焊接過程控制中,對焊接參數進行實時檢測與閉環控制,可進一步提高摩擦焊接過程的控制精度與可靠性。摩擦壓力控制精度可達±0.3MPa,主軸轉速控制精度可達±0.1%。
焊件尺寸精度較高
 由于摩擦焊接為固態連接,其加熱過程具有能量密度高、熱輸入速度快以及沿整個摩擦焊接表面同步均勻加熱等特點,故焊接變形較小。在保證焊接設備具有足夠大的剛性、焊件裝配定位精確以及嚴格控制焊接參數的條件下,焊件尺寸精度較高。焊接接頭的長度公差同軸度可控制在±0.25 mm左右。
⑸高效
  據美國G.E.公司(即通用電氣公司)報道[8],采用慣性摩擦焊接TF39航空發動機大截面薄壁(直徑為610 mm,壁厚為3.8 mm)壓氣機盤時,其焊接循環時間僅需3 s左右;美國HUGHES(休斯)公司焊接高強度、大截面石油鉆桿(直徑127 mm,壁厚為15 mm)的焊接循環時間也只需15 s左右。一般說來,摩擦焊接的生產效率要比其它焊接方法高一倍至一百倍,非常適合于大批量生產。若配備有自動上下料及焊前、焊后輔助工序的機械化裝置,生產效率會進一步提高。
⑹低耗
 摩擦焊接不需要特殊的焊接電源,所需能量僅為傳統焊接工藝的20%左右,亦不需要填加其它消耗材料,如焊條焊劑電極保護氣體等,因此是一種節能、低耗的連接工藝
⑺清潔
摩擦焊接過程中不產生火花、飛濺、煙霧弧光、高頻和有害氣體等對環境產生影響的污染源,是一種清潔的生產工藝。
  另外,摩擦焊接還具有易于操作、對焊接面要求不高等優點。其局限性是受被焊零件形狀的限制,即摩擦副中一般至少要求一個零件是旋轉件。目前主要用于圓柱形軸心對稱零件的焊接。但近期研究的相位控制摩擦焊接、線性摩擦焊接、攪拌摩擦焊接等成功地解決了軸心不對稱且具有相位要求的非圓柱形構件乃至板件對接等焊接問題,進一步擴大了摩擦焊接的應用范圍
 總之,摩擦焊接是一種優質、高效、低耗、清潔的先進焊接制造工藝,在高新技術產業傳統產業部門具有巨大的技術潛力和廣闊的市場應用前景。通過與計算機信息處理軟件、自動控制、過程模擬、虛擬制造等高技術的緊密結合,摩擦焊接正在以高新技術面貌展現在人們面前。

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