攪拌摩擦焊(簡稱FSW)原理,其中攪拌頭由特殊形狀的攪拌指棒和軸肩組成,攪拌指棒的形狀比較特殊,,一般要用具有良好耐高溫力學(xué)和物理特性的抗磨損材料制造,,焊接過程中攪拌指棒要旋轉(zhuǎn)著插入被焊材料的結(jié)合界面處,并且沿著待焊界面向前移動(dòng),,攪拌指棒長度一般略小于被焊材料的厚度。 攪拌摩擦焊對(duì)于輕合金材料如:鋁合金、鎂合金,、鋅合金等的連接在焊接方法,、力學(xué)性能和生產(chǎn)效率上具有其他焊接方法不可比擬的優(yōu)越性;由于焊接溫度一般低于材料的熔點(diǎn),,所以攪拌摩擦焊是一種固態(tài)連接方法,,焊縫接頭具有優(yōu)良的力學(xué)性能和很小的焊接變形,焊接過程中不需要保護(hù)氣和焊絲,,沒有熔化,、煙塵、飛濺,、弧光,,是一種環(huán)保型的新型連接技術(shù)。 目前,,攪拌摩擦焊可以實(shí)現(xiàn)對(duì)接,、搭接、角接等多種結(jié)構(gòu)形式的連接,,攪拌摩擦焊在輕合金結(jié)構(gòu)件的制造中得到了越來越的應(yīng)用,。隨著新能源汽車發(fā)展和推廣,輕量化是汽車制造商追求的一大目標(biāo),,大多廠家選鋁合金用于輕量化車身,。中山正規(guī)攪拌摩擦焊發(fā)展趨勢(shì)
一般汽車零部件的FSW焊接 一些典型汽車零件的焊接如圖8所示。隨著汽車平均用鋁量的增大,,以及鋁制汽車零件的增多,,攪拌摩擦焊在汽車工業(yè)會(huì)得到越來越的應(yīng)用。如∶發(fā)動(dòng)機(jī)和底盤支架,、油箱,、公共汽車和機(jī)場用車輛、汽車篷蓋,、液壓成型管接頭,、輪箍、摩托車和自行車車架,、坯料縫合,、空間結(jié)構(gòu),連接擠壓成型管與鑄造節(jié)點(diǎn),、卡車車體,、帶有關(guān)節(jié)的吊車/人員通道、罐車,、卡車的起重機(jī)構(gòu),、起重機(jī)車、鋁合金材質(zhì)汽車的維修,、裝甲車,、鎂或鎂/鋁焊接,。 a 緩沖器的FSW焊接 攪拌摩擦焊焊接過程中需要施加一定的壓緊力,尤其是工件厚度,、材料不同,,需要的機(jī)床結(jié)構(gòu)剛度不同,主軸驅(qū)動(dòng)力矩也不同,,所以需要根據(jù)工件尺寸的厚度,、大小、形狀等選擇不同結(jié)構(gòu)形式的的攪拌摩擦焊設(shè)備,。廣東攪拌摩擦焊裝備批發(fā)價(jià)為實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)制造業(yè)的轉(zhuǎn)型升級(jí)和綠色制造起到示范作用,。
從目前的實(shí)際應(yīng)用來看,攪拌摩擦焊技術(shù)具有許多優(yōu)點(diǎn),。波音公司的應(yīng)用表面,,攪拌摩擦焊技術(shù)能夠有效提高焊接接頭強(qiáng)度、縮短生產(chǎn)周期,、節(jié)約制造費(fèi)用并減少焊接缺陷,。比如攪拌摩擦焊技術(shù)在Ddlta Ⅳ型火箭中心助推器上的應(yīng)用使焊接接頭強(qiáng)度增加了30%-50%;制造周期降低了大約80%,,由原來的23天減少為6天,;通過改進(jìn)接頭設(shè)計(jì),Ddlta Ⅳ和Ddlta Ⅱ的制造費(fèi)用節(jié)省了60%,;截止2002年4月,,波音公司已經(jīng)用攪拌摩擦焊技術(shù)為Ddlta Ⅱ型火箭生產(chǎn)了2100m長的無缺陷焊縫。在日立公司的應(yīng)用表面,,采用攪拌摩擦焊技術(shù)焊接鋁合金列出壁板結(jié)構(gòu),,可以獲得較小的變形量(為MIG結(jié)構(gòu)的1/12)、較高的沖擊韌性(約為母材的1.7倍,,是MIG接頭的2.4倍)。 由于以上種種優(yōu)點(diǎn),,攪拌摩擦焊技術(shù)不被用于火箭和高速列出的制造,,在飛機(jī)、裝甲運(yùn)兵車,、汽車以及船舶等領(lǐng)域同樣得到了不同程度的應(yīng)用,。
在電力、電子行業(yè)中,、為解決大功率器件發(fā)熱燒毀或過熱導(dǎo)致性能不穩(wěn)定等問題,,常常需要使用輔助的散熱器為器件降溫。在需要對(duì)工作溫度進(jìn)行嚴(yán)格控制的場合,,大概每個(gè)功率在50W以上的元器件至少使用1~2個(gè)鋁散熱器,、因此,、散熱器在電子產(chǎn)品上的應(yīng)用非常大。如某研究所開發(fā)的650KW大功率斬波器上的1GBT大功率開關(guān)元器件必須就安裝在水冷散熱器上才能正常工作,。而水冷散熱器在使用中,,其密封與否、散熱效率的高低將直接影響大功率開關(guān)元件的正常運(yùn)行,,同時(shí)這也是整個(gè)裝置正常運(yùn)作的關(guān)鍵,。 傳統(tǒng)的散熱器較多采用銅、鋁及其合金制造,,連接工藝一般采用釬焊,,部分采用熔焊。目前,,從經(jīng)濟(jì)性,、輕量化方面考慮、用鋁材代替?zhèn)鹘y(tǒng)的銅材制造散熱器是非常理想的,。但是,,與銅相比、鋁更加不易釬焊,,由于其較大的線膨脹系數(shù),,熔焊就更加困難。 對(duì)于散熱器這樣大而復(fù)雜的鋁部件,,焊接成為加工制造中Z難的一道工序,。 攪拌摩擦焊技術(shù)屬于固態(tài)焊接技術(shù),具有優(yōu)異的接頭強(qiáng)度,,對(duì)傳統(tǒng)焊接方法難焊和不能焊接的鋁,、銅、鎂等有色合金有很好的適應(yīng)性,。該技術(shù)非常適用于鋁或銅質(zhì)散熱器的焊接,。攪拌摩擦焊是一種新型的連接技術(shù),為工業(yè)制造領(lǐng)域輕合金結(jié)構(gòu)件的連接翻開了嶄新的一頁,。
攪拌摩擦焊是一種連續(xù)的,、純機(jī)械的新型固相連接技術(shù),攪拌摩擦焊工作原理圖如圖1所示4°,,其中攪拌頭主要由軸肩和攪拌針組成,,根據(jù)待焊工件的材料、厚度和結(jié)構(gòu)等焊接時(shí)需要選用不同形式的軸肩和攪拌針,,攪拌針長度一般略小于被焊接工件的厚度,。 攪拌摩擦焊焊接過程中,攪拌針通過攪拌、摩擦使焊縫金屬材料熱塑化,、熱塑化材料在攪拌頭的旋轉(zhuǎn)摩擦作用下由攪拌針的前部向后部轉(zhuǎn)移過渡,,過渡后的熱塑化金屬在攪拌軸肩的作用下受到了擠壓和鍛造,終得到了由精細(xì)的鍛造組織構(gòu)成的焊縫接頭,,由于整個(gè)焊接過程中被焊接金屬材料沒有經(jīng)過“熔化-凝固”過程,,所以得到的是優(yōu)異的固相接頭連接。 攪拌摩擦焊縫組織不存在熱裂紋,、液化裂紋,、氫氣孔等在熔化焊接工藝中經(jīng)常存在的焊接缺陷;焊接接頭可以采用對(duì)接,、搭接或丁字接頭等多種形式,;接頭強(qiáng)度可以達(dá)到或接近母材強(qiáng)度、對(duì)于2000和6000系列鋁合金,,通過焊后時(shí)效處理可以提高接頭強(qiáng)度,,6082-T4鋁合金母材、攪拌摩擦焊接頭以及時(shí)效處理后的攪拌摩擦焊接頭性能比較見表151,。不經(jīng)過時(shí)效處理的攪拌摩擦焊接頭已經(jīng)接近母材強(qiáng)度,;時(shí)效處理以后,接頭強(qiáng)度提高,,并遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過母材強(qiáng)度,。廣州地鐵3號(hào)線城軌車輛的車體就大量使用了攪拌摩擦焊。中山臺(tái)式攪拌摩擦焊設(shè)備參數(shù)
攪拌摩擦焊已經(jīng)在船舶鋁合金預(yù)成形壁板結(jié)構(gòu)件上得到成功應(yīng)用,。中山正規(guī)攪拌摩擦焊發(fā)展趨勢(shì)
近些年來,,高速鐵路在我國發(fā)展速度較快,高速列車的制造技術(shù)也得到了大力發(fā)展,,列車車體的制造材料實(shí)現(xiàn)了從碳鋼到不銹鋼,、鋁合金的轉(zhuǎn)變。 6000系鋁合金具有中等強(qiáng)度,、優(yōu)異的成形性和耐蝕性,,是目前鋁合金車體應(yīng)用量ZUI大的鋁合金,然而,, 使用熔化焊方法焊接鋁合金,,易出現(xiàn)氣孔、焊接熱 裂紋及軟化等焊接缺陷,;攪拌摩擦焊與傳統(tǒng)熔焊法相比,具有焊接接頭外觀平整,、性能優(yōu)良,、焊后殘余應(yīng)力和變形小,無煙塵,、無輻射,,不需焊絲,、 不需氣體保護(hù)、節(jié)能等優(yōu)點(diǎn)申,,人們?cè)贔SW研究和實(shí)際應(yīng)用中已經(jīng)發(fā)現(xiàn),,盡管這種方法本身可以獲得高質(zhì)量的接頭,但是焊接工藝參數(shù)選取不當(dāng)會(huì)產(chǎn)生焊接缺陷,,使接頭質(zhì)量的下降,,在這種情況下,實(shí)現(xiàn)接頭質(zhì)量的控制和預(yù)測是FSW的工業(yè)化應(yīng)用亟待解決的問題,。中山正規(guī)攪拌摩擦焊發(fā)展趨勢(shì)
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