伸縮式攪拌頭厚鋁板攪拌摩擦焊缺陷及其補(bǔ)焊工藝

介紹了攪拌摩擦焊的原理、研究現(xiàn)狀及應(yīng)用,并對(duì)該焊接方法的應(yīng)用前景進(jìn)行了展望。

攪拌摩擦焊是一種新型固相塑性連接方法,它的出現(xiàn)為銅的焊接提供了一種新的工藝.對(duì)紫銅的攪拌摩擦焊工藝進(jìn)行了研究,通過工藝試驗(yàn),對(duì)其焊縫成形、接頭組織形態(tài)及其力學(xué)性能進(jìn)行了分析.研究結(jié)果表明,攪拌摩擦焊接紫銅時(shí)應(yīng)選用攪拌頭旋轉(zhuǎn)速度在400~700r/min,焊接速度為35~60mm/min;從顯微組織角度,由于接頭主要發(fā)生了動(dòng)態(tài)再結(jié)晶,焊接接頭沒有熱力影響區(qū),而是三個(gè)區(qū),即焊核區(qū)、熱影響區(qū)、母材區(qū).研究還發(fā)現(xiàn)用攪拌摩擦焊得到的銅接頭出現(xiàn)了明顯的軟化現(xiàn)象,接頭的機(jī)械性能比母材低,但比熔化焊得到的接頭性能要高,其平均抗拉強(qiáng)度可達(dá)到母材的80%.

主要對(duì)塑料板的攪拌摩擦焊工藝進(jìn)行了探索,研究了主要的工藝參數(shù)(包括攪拌頭的形狀、攪拌頭的旋轉(zhuǎn)速度、焊接速度、軸肩下壓量和主軸傾角)對(duì)塑料焊縫成形的影響,并對(duì)焊后成形較好的試樣進(jìn)行了力學(xué)性能試驗(yàn)和焊縫橫截面的宏觀分析。結(jié)果表明,當(dāng)工藝參數(shù)選擇合適時(shí),可以得到光滑、美觀和無缺陷的焊縫,接頭的抗拉強(qiáng)度可達(dá)到母材的90%以上。

根據(jù)已研制的三維數(shù)控焊攪拌摩擦焊機(jī)結(jié)構(gòu),研究了攪拌頭長(zhǎng)度補(bǔ)償模型,給出了攪拌頭長(zhǎng)度補(bǔ)償計(jì)算公式及坐標(biāo)轉(zhuǎn)換關(guān)系。

攪拌摩擦焊(frictionstirwelding.簡(jiǎn)稱fsw)是一種利用高速旋轉(zhuǎn)的攪拌頭與工件磨擦產(chǎn)生的熱量使被焊材料局部塑化的新型固相連接工藝。它可以對(duì)多種熔化焊接性差的有色金屬等材料進(jìn)行可靠的連接,而且連接工藝簡(jiǎn)單,有較好的工藝適應(yīng)性。本文在總結(jié)攪拌摩擦焊研究成果的基礎(chǔ)上,論述了攪拌摩擦焊的基本原理和特點(diǎn),闡述了近年來國(guó)內(nèi)外攪拌摩擦焊工藝參數(shù)、接頭微觀組織、焊接成形機(jī)理等方面的研究現(xiàn)狀,并展望fsw的應(yīng)用前景。

結(jié)合攪拌摩擦焊發(fā)展現(xiàn)狀，本文主要對(duì)攪拌摩擦焊攪拌頭領(lǐng)域?qū)＠M(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，包括申請(qǐng)量、主要申請(qǐng)人、專利申請(qǐng)態(tài)勢(shì)分布、進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，對(duì)攪拌摩擦焊用攪拌頭的技術(shù)背景和應(yīng)用領(lǐng)域的發(fā)展作了簡(jiǎn)單歸納介紹，提出專利分析可以作為一種技術(shù)路線分析的手段，指引后續(xù)創(chuàng)新方向。

結(jié)合攪拌摩擦焊發(fā)展現(xiàn)狀，本文主要對(duì)攪拌摩擦焊攪拌頭領(lǐng)域?qū)＠M(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，包括申請(qǐng)量、主要申請(qǐng)人、專利申請(qǐng)態(tài)勢(shì)分布、進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，對(duì)攪拌摩擦焊用攪拌頭的技術(shù)背景和應(yīng)用領(lǐng)域的發(fā)展作了簡(jiǎn)單歸納介紹，提出專利分析可以作為一種技術(shù)路線分析的手段，指引后續(xù)創(chuàng)新方向。

本文從鋼攪拌摩擦焊攪拌頭受力分析、失效形式、材料選擇等方面對(duì)鋼攪拌摩擦焊攪拌頭研究進(jìn)展進(jìn)行介紹和分析，

結(jié)合攪拌摩擦焊發(fā)展現(xiàn)狀，本文主要對(duì)攪拌摩擦焊攪拌頭領(lǐng)域?qū)＠M(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，包括申請(qǐng)量、主要申請(qǐng)人、專利申請(qǐng)態(tài)勢(shì)分布、進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，對(duì)攪拌摩擦焊用攪拌頭的技術(shù)背景和應(yīng)用領(lǐng)域的發(fā)展作了簡(jiǎn)單歸納介紹，提出專利分析可以作為一種技術(shù)路線分析的手段，指引后續(xù)創(chuàng)新方向。

選用yg8硬質(zhì)合金作為摩擦頭材料進(jìn)行低碳鋼的攪拌摩擦焊試驗(yàn)。采用游標(biāo)卡尺測(cè)量工具、x射線衍射儀和能譜儀等分析摩擦頭在焊接過程中的主要失效形式。結(jié)果表明,yg8硬質(zhì)合金摩擦頭在低碳鋼的攪拌摩擦焊過程中的主要失效形式為機(jī)械磨損、氧化剝落、攪拌針脆性斷裂和軸肩變形失效等。引起失效的主要原因是摩擦頭長(zhǎng)時(shí)間的高溫高壓摩擦,導(dǎo)致粘結(jié)相co分布不均勻或部分?jǐn)U散流失,嚴(yán)重破壞了硬質(zhì)合金的骨架模型;失效后摩擦頭組織中出現(xiàn)了游離碳和硬脆相co6w6c,減弱粘結(jié)相co對(duì)基體相碳化鎢的固溶強(qiáng)化作用,最終導(dǎo)致摩擦頭的硬度、強(qiáng)度和耐磨性等下降。

中航工業(yè)北京賽福斯特技術(shù)有限公司（中國(guó)攪拌摩擦焊中心）是中國(guó)攪拌摩擦焊技術(shù)先鋒和開拓者,秉持“航空?qǐng)?bào)國(guó)、強(qiáng)軍富民”的主體理念,已成功實(shí)現(xiàn)我國(guó)大型飛機(jī)機(jī)身結(jié)構(gòu)、油箱、口蓋、地板結(jié)構(gòu)、新型戰(zhàn)斗機(jī)艙體、機(jī)翼結(jié)構(gòu)和雷達(dá)冷板等部件的攪拌摩擦焊接,大幅提升了我國(guó)武器裝備的制造技術(shù)水平。

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用攪拌摩擦焊方法成功焊接了10mm厚的紫銅與低碳鋼板,得到了內(nèi)部無缺陷、外觀成形良好的接頭.紫銅位于攪拌摩擦焊返回邊時(shí),能使焊縫形成良好接頭.反之,位于前進(jìn)邊時(shí)則有溝槽和未焊合等缺陷.右旋螺紋攪拌針會(huì)使焊縫材料向上作螺旋形運(yùn)動(dòng),接頭有明顯的軸肩影響區(qū),缺陷容易在焊縫底部出現(xiàn).左旋螺紋攪拌針使攪拌針周圍的塑化金屬向下遷移,在焊縫下部形成明顯的呈"洋蔥環(huán)"形焊核區(qū),缺陷容易在焊縫上部出現(xiàn).攪拌針偏移量對(duì)焊縫形貌有較大影響.接頭抗拉強(qiáng)度達(dá)233mpa,為銅母材強(qiáng)度的95%,斷裂位置在銅側(cè)熱影響區(qū).焊核區(qū)抗拉強(qiáng)度達(dá)296mpa,遠(yuǎn)超過紫銅母材的強(qiáng)度.

熱電偶測(cè)溫和紅外儀測(cè)溫都是現(xiàn)代測(cè)溫技術(shù)中的主要測(cè)溫方法。但由于熱電偶測(cè)溫的滯后性和紅外儀測(cè)溫易受發(fā)射率影響的原因,測(cè)溫的準(zhǔn)確度難以提高。在基于攪拌摩擦焊接動(dòng)態(tài)測(cè)溫試驗(yàn)基礎(chǔ)上,本文提出了一種根據(jù)熱電偶測(cè)溫原理對(duì)熱電偶測(cè)溫動(dòng)態(tài)誤差進(jìn)行校正的方法,并通過紅外儀測(cè)溫對(duì)校正結(jié)果進(jìn)行了檢驗(yàn),取得了較理想的結(jié)果,對(duì)提高測(cè)溫準(zhǔn)確度具有一定的意義。

采用3種規(guī)格的攪拌頭進(jìn)行2a70-t6鋁合金t型接頭攪拌摩擦焊試驗(yàn),并對(duì)焊縫橫截面進(jìn)行觀察以及焊縫抗拉強(qiáng)度的測(cè)試。結(jié)果表明:焊縫中前進(jìn)側(cè)過渡區(qū)的金屬變化急劇,拉長(zhǎng)的晶粒成流線狀分布,返回側(cè)過渡區(qū)的金屬變化緩和,由焊核區(qū)細(xì)小晶粒緩慢過渡至母材較大的晶粒;隨著攪拌針根部直徑的增加,焊核的寬度也增大;為了獲得無缺陷的接頭,焊接速度增大時(shí),頂鍛壓力必須協(xié)同增大,隨著頂鍛壓力的增大,焊縫的抗拉強(qiáng)度也增大。

新型高性能飛機(jī)的研制在制造技術(shù)方面促進(jìn)了攪拌摩擦焊技術(shù)在飛機(jī)制造中的應(yīng)用和發(fā)展,適合于飛機(jī)不同材料和結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)使攪拌摩擦焊演繹出了多種不同的新型攪拌摩擦焊技術(shù),如攪拌摩擦點(diǎn)焊技術(shù)、雙軸肩攪拌摩擦焊技術(shù)和函數(shù)曲線攪拌摩擦焊技術(shù)等,這些技術(shù)已經(jīng)在多種飛機(jī)結(jié)構(gòu)中得到工程化應(yīng)用。攪拌摩擦焊技術(shù)的日漸成熟和發(fā)展將逐漸匯入新型飛機(jī)制造的主旋律中。

利用正交試驗(yàn)法研究了攪拌摩擦焊工藝參數(shù)對(duì)20mm厚的5a06-h112鋁合金板接頭組織和力學(xué)性能的影響。結(jié)果表明:焊接速度對(duì)接頭抗拉強(qiáng)度影響最大,而攪拌頭軸肩直徑和旋轉(zhuǎn)速度依次減小;采用最優(yōu)組合參數(shù)焊接的試樣其抗拉強(qiáng)度可達(dá)365mpa;由于攪拌摩擦焊焊縫中前進(jìn)側(cè)的熔合過渡區(qū)的界面變化急劇,因此斷裂往往發(fā)生在該熔合過渡區(qū);隨著退火溫度升高,焊核原本細(xì)小的等軸晶粒開始長(zhǎng)大,并伴隨著β(mg2al3)相從α(al)基體中析出,雖然焊核的晶粒變得粗大,但焊縫的抗拉強(qiáng)度降低的幅度較小。

對(duì)異種材料dp600鍍鋅雙相鋼板和1060工業(yè)純鋁進(jìn)行了攪拌摩擦焊搭接試驗(yàn)(鋁板在上,鋼板在下).從接頭橫截面的金相形貌可以發(fā)現(xiàn),在前進(jìn)側(cè)和返回側(cè),鋼像兩個(gè)釘子一樣進(jìn)入鋁中.在微觀上,鋼和鋁以河流狀的形式充分地混合在一起.在焊核區(qū)和熱力影響區(qū),鋼和鋁之間形成了一層有一定寬度的由兩種材料呈帶狀交錯(cuò)分布組成的過渡層.力學(xué)性能測(cè)試表明,過渡層的顯微硬度較高,接頭抗剪強(qiáng)度達(dá)到母材77%,形成了力學(xué)性能較好的焊縫.xrd物相分析發(fā)現(xiàn)在斷面產(chǎn)生了金屬間化合物al13fe4.

一種新型焊接工藝_攪拌摩擦焊

近日，我國(guó)首個(gè)全攪拌摩擦焊貯箱通過強(qiáng)度考核。這是中國(guó)航天科技集團(tuán)公司一院211廠為滿足重點(diǎn)型號(hào)的特殊結(jié)構(gòu)需求而研制的首個(gè)全攪拌摩擦焊貯箱，同時(shí)也是全國(guó)首個(gè)全攪拌摩擦焊貯箱。

文章主要講述了攪拌摩擦焊的工作原理、特點(diǎn)以及發(fā)展現(xiàn)狀;講述了在工業(yè)純銅、紫銅接頭中使用這項(xiàng)技術(shù)的可行性,同時(shí)對(duì)這項(xiàng)技術(shù)在電機(jī)設(shè)備加工生產(chǎn)業(yè)中的發(fā)展前途做了初步的研究。