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  • EN ISO 25239-4铝及铝合金搅拌摩擦焊工艺评定

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  • EN ISO 25239-4:铝及铝合金搅拌摩擦焊工艺评定

    摩擦焊是利用工件端面相互运动、相互摩擦所产生的热,使端部达到热塑性状态,然后迅速顶锻,完成焊接的一种方法。摩擦焊可以方便地连接同种或异种材料,包括金属、部分金属基复合材料、陶瓷及塑料。

    搅拌摩擦焊方法与常规摩擦焊一样。搅拌摩擦焊也是利用摩擦热与塑性变形热作为焊接热源。不同之处在于搅拌摩擦焊焊接过程是由一个圆柱体或其他形状(如带螺纹圆柱体)的搅拌针(welding pin)伸入工件的接缝处,通过焊头的高速旋转,使其与焊接工件材料摩擦,从而使连接部位的材料温度升高软化。同时对材料进行搅拌摩擦来完成焊接的。焊接过程如图所示。在焊接过程中工件要刚性固定在背垫上,焊头边高速旋转,边沿工件的接缝与工件相对移动。焊头的突出段伸进材料内部进行摩擦和搅拌,焊头的肩部与工件表面摩擦生热,并用于防止塑性状态材料的溢出,同时可以起到清除表面氧化膜的作用。

    特点

    焊接过程中也不需要其它焊接消耗材料,如焊条、焊丝、焊剂及保护气体等。唯一消耗的是焊接搅拌头。

    同时,由于搅拌摩擦焊接时的温度相对较低,因此焊接后结构的残余应力或变形也较熔化焊小得多。特别是Al合金薄板熔化焊接时,结构的平面外变形是非常明显的,无论是采用无变形焊接技术还是焊后冷、热校形技术,都是很麻烦的,而且增加了结构的制造成本。

    搅拌摩擦焊主要是用在熔化温度较低的有色金属,如Al、cu等合金。这和搅拌头的材料选择及搅拌头的工作寿命有关。

    另外,搅拌摩擦焊作为一种固相焊接方法,焊接前及焊接过程中对环境的污染小。焊前工件无需严格的表面清理准备要求,焊接过程中的摩擦和搅拌可以去除焊件表面的氧化膜,焊接过程中也无烟尘和飞溅.同时噪声低。由于搅拌摩擦焊仅仅是靠焊头旋转并移动,逐步实现整条焊缝的焊接,所以比熔化焊甚至常规摩擦焊更节省能源。

    由于搅拌摩擦焊过程中热输入相对于熔焊过程较小,接头部位不存在金属的熔化,是一种固态焊接过程,在合金中保持母材的冶金性能,可以焊接金属基复合材料、快速凝固材料等采用熔焊会有不良反应的材料。其主要优点如下:

    1) 焊接接头热影响区显微组织变化小.残余应力比较低,焊接工件不易变形;

    2) 能一次完成较长焊缝、大截面、不同位置的焊接.接头高:

    3) 操作过程方便实现机械化、自动化,设备简单,能耗低,功效高,对作业环境要求低:

    4) 无需添加焊丝,焊铝合金时不需焊前除氧化膜,不需要保护气体,成本低;

    5) 可焊热裂纹敏感的材料,适合异种材料焊接:

    6) 焊接过程安全、无污染、无烟尘、无辐射等。

    搅拌摩擦焊也存在一定的缺点:

    1) 焊接工件必须刚性固定,反面应有底板;

    2) 焊接结束搅拌探头提出工件时,焊缝端头形成一个键孔,并且难以对焊缝进行修补;

    3) 工具设计、过程参数和机械性能数据只在有限的合金范围内可得;

    4) 在某种情况下,如特殊领域中要考虑腐蚀性能、残余应力和变形时,性能需进一步提高才可实际应用;

    5) 对板材进行单道连接时,焊速不是很高;

    6) 搅拌头的磨损消耗太快等。

     

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