人类在金属焊接上有什么操作?
2023-03-02 11:00:19
金属中,由于质量较轻,铝和镁常常被用于航天航空器的结构中。然而,这些轻质金属的合金可焊接性极差,用普通的熔焊工艺进行焊接,很容易出现热裂纹、气孔和夹渣等缺陷。纵使高超的技术和工艺可以降低焊接缺陷产生的概率,但熔焊时高温带来的热量和毒烟,对操作者的健康也会是巨大的威胁。那么,有没有一种焊接技术,可以从根本上解决这些问题呢?当然有,这就是我们今天要谈的搅拌摩擦焊。
(一)搅拌摩擦焊是什么?
(一)搅拌摩擦焊是什么?
说起焊接,首先让人想起的大多是高温、火花四溅、保护头盔,还有保护气体等等。焊接作为一种常见的工件连接技术,能够将两种或两种以上同种或异种材料通过原子或分子之间的结合和扩散连接成一体。目前,焊接技术已然演变为一门集材料学、工程力学、自动控制技术的交叉性学科。虽然焊接方法仍然以熔焊、压焊、钎焊三种为基础,但其下衍生出了几十种不同的焊接技术,其中包括了生活中应用最广的手弧焊、先进的激光焊和摩擦焊等,与常规摩擦焊类似,搅拌摩擦焊也是利用摩擦热与塑性变形热作为焊接热源。常规摩擦焊焊接过程中材料在压力作用下相互摩擦(工件做回转、线性等形式的相对运动,摩擦产生热量),摩擦热使得焊接的接触端面上很快形成热塑性层,接触面及附近区域温度上升,在顶锻压力的作用下,界面处的材料产生塑性变形及流动,最终形成了质量良好的焊接接头.而搅拌摩擦焊在焊接过程中,被焊接工件之间不做相对运动,摩擦热是由搅拌针伸入工件的接缝处通过焊接工具的焊头做高速旋转运动,使其与焊接工件材料产生摩擦。搅拌摩擦焊原理示意图,焊接过程可简化为旋转-插入-塑化-焊接焊接过程中,搅拌针高速旋转并在压力作用下插入材料内部进行搅拌摩擦生热,同时焊头的肩部与工件表面摩擦生热,焊头边高速旋转边沿工件的接缝方向与工件发生相对移动,于是焊头前面的材料发生强烈塑性变形,随着焊头沿着焊缝走向移动,高度塑性变形的材料不断被搅拌针搅拌到背后,在主轴离开后,热塑性状态的材料冷却固化,从而形成一条搅拌摩擦焊的焊缝。搅拌摩擦焊的技术原理并不复杂,需要控制的参数也不多,不过这并不代表搅拌摩擦焊设备没有技术难度,实际上,焊接设备及夹具的刚性对搅拌摩擦焊是极端重要的,对大型工件的焊接而言尤甚。
摩擦焊技术焊接质量稳定、焊件尺寸精度高、焊接生产率高、适于焊接异种金属、易实现机械化和自动化,而搅拌摩擦焊具备常规摩擦焊的全部优点,并且适用面更广,可以进行多种接头形式和不同焊接位置的连接。搅拌摩擦焊基本上可以焊接所有传统的熔焊能够焊接的金属,并且对于许多熔化焊接性能差的金属,例如:铝合金、钛合金、铜合金等,也能实现高质量的焊接,工业应用前景和发展潜力广泛。多种多样的搅拌摩擦焊接头形式。
摩擦焊技术焊接质量稳定、焊件尺寸精度高、焊接生产率高、适于焊接异种金属、易实现机械化和自动化,而搅拌摩擦焊具备常规摩擦焊的全部优点,并且适用面更广,可以进行多种接头形式和不同焊接位置的连接。搅拌摩擦焊基本上可以焊接所有传统的熔焊能够焊接的金属,并且对于许多熔化焊接性能差的金属,例如:铝合金、钛合金、铜合金等,也能实现高质量的焊接,工业应用前景和发展潜力广泛。多种多样的搅拌摩擦焊接头形式。
(二)搅拌摩擦焊有什么用?
搅拌摩擦焊作为一种新型焊接方法,出现的时间相对较晚(1991年英国焊接研究所发明),却神奇地在十多年的时间内成功完成了从发明到工业化应用的历程,在航天、航空、车辆、造船等行业得到大量应用.以航空航天应用为例,文章开头我们已经提到,轻质金属的合金可焊性极差,且焊接过程中会产生大量热和毒烟,这给航空航天器件的品质以及焊接操作人员的身体健康带来巨大威胁,而搅拌摩擦焊可以很好地解决这些问题。搅拌摩擦焊的焊接温度较低,焊接过程中材料只是被加热软化为热塑性状态而不是熔化,所以也就避免了被焊接材料因熔化导致的热裂纹、气孔和夹渣等传统熔焊问题。
同时,焊接过程中无填充焊接材料参与,焊接变形也就得到了缓解。而且,焊接过程中不产生高温,也就没有有毒气体,更不会像其他焊接方法那样有焊接烟尘和飞溅,对操作者的身体健康和焊接工作环境而言,都比传统熔焊要友好。