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摩擦焊技術的發展與展看

更新时间:2019-11-17 10:58人气:5501

利用摩擦熱焊接起源於一百多年前,此後經半個多世紀的研究發展,摩擦焊技術才逐步成熟起來 ,並進進推廣利用階段。自從上世紀五十年代摩擦焊真正焊出合格焊接接頭以來 ,就以其優良、高效 、低耗環保的突出優點受到所有產業強國的重視。我國的摩擦焊研究始於1957年,起源地是哈爾濱焊接研究所,是世界上最早開展摩擦焊研究的幾個國家之一,取得了很多引人諦視的成果。

摩擦焊技術的首要優點回結為如下幾個方麵:

(1) 接頭質量好且穩定。焊接過程由機器控製,參數設定後輕易監控,反複性好 ,不依靠於操縱職員的技術水平和工作態度。焊接過程不發生熔化,屬固相熱壓焊,接頭為緞造組織,是以焊縫不會出現氣孔、偏析和夾雜,裂紋等鑄造組織的結晶缺陷,焊接接頭強度遠大於熔焊、釺焊的強度,達到甚至超過母材的強度;

(2) 效率高。對焊件籌辦通常要求不高,焊接設備輕易主動化,可在流水線上生產,每件焊接時間以秒計,一般隻需零點幾秒至幾十秒,是其它焊接方法如熔焊、釺焊不能相比的;

(3) 節能 、節材 、低耗。所需功率僅及傳統焊接工藝的1/5~1/15,不需焊條、焊劑、釺料、保護氣體,不需填加金屬,也不需消耗電極;

(4) 焊接性好。特別適合異種材料的焊接,與其它焊接方法相比 ,摩擦焊有得天獨厚的上風,如鋼和紫銅、鋼和鋁、鋼和黃銅等等;

(5) 環保,無汙染。焊接過程不產生煙塵或有害氣體,不產生飛濺,沒有孤光和火花,沒有放射線。

由於以上這些優點 ,摩擦焊技術被譽為未來的綠色焊接技術。

摩擦焊技術在國內的發展及利用狀況

經過幾十年的發展,摩擦焊技術在國內目前已具備了包括工藝、設備、控製、檢驗等整套完備的專業技術規模,並且在基礎理論研究上也形成了一定的獨立體係。

1 摩擦焊工藝研究與利用

目前我國摩擦焊技術的利用比較廣泛,可焊接直徑3.0~120mm的工件和8000mm?的大截麵管件,同時還開發了相位焊和徑向摩擦焊技術,和攪拌摩擦焊技術。不僅可焊接鋼、鋁、銅,而且還成功焊接了高溫強度級相差很大的異種鋼和異種金屬,和形成低熔點共晶和脆性化合物的異種金屬。如高速鋼—碳鋼、耐熱鋼—低合金鋼、高溫順金—合金鋼、不鏽鋼—低碳鋼、不鏽鋼—電磁鐵和鋁—銅、鋁—鋼等。近年來隨著我國航空航天事業的發展,也加速了摩擦焊技術向這些領域的滲透,進行了航空發動機轉子、起落架結構件、緊固件等材料(Ln718 Ti17 300M GH159 GH4169)和金屬與陶瓷、複合材料、粉末高溫合金的摩擦焊工藝試驗研究,某些電工材料的釺焊工藝也開始用摩擦焊接所取代。如電磁鐵—不鏽鋼、鎢銅合金等。目前我國采用摩擦焊接方法焊接的產品有:鍋爐行業的蛇形管摩擦焊接,閥門行業的閥門法蘭和閥體密封座的摩擦焊接,軸瓦行業的止推邊軸瓦的摩擦焊接,工具行業的鑽頭、銑刀、鉸刀的刃部與柄部的摩擦焊接,汽車及機車行業發動機的雙金屬排氣閥、氣門頂杆、柴油機預熱室噴咀 、半軸、扭力管、內燃機增壓器渦輪軸,潛水電泵轉軸,紫銅不鏽鋼水接頭,鋁銅過渡接頭,紡織機梭子芯 ,關節軸承,泥瓦工具,地質鑽杆,石油鑽杆、實心、空心抽油杆,航空發動機集成齒輪,木工多用機床上的刀軸等等。

2 理論研究及工程利用

我國科技職員對摩擦焊接表麵高溫塑性金屬層的形成、活動、擴展和焊接接頭形成機理,摩擦焊接的能量轉換及過程控製,大截麵石油鑽杆摩擦焊接工藝和強韌性控製,摩擦焊接接頭灰斑缺陷形成機製及焊接接頭斷口形貌與斷裂應變,鋁—銅薄壁管摩擦焊接機理與接頭性能和焊縫化合物相形成機製等方麵進行了較深進地基礎理論研究工作 。

在工程利用上針對急待解決的一係列題目開展了摩擦焊技術研究的課題。其中摩擦焊接頭形變熱處理的工藝試驗研究是一項有代表性的利用科學研究工作,這項研究率先在摩擦焊領域中引進形變強化與相變強化相結合通過改變傳統的連續驅動摩擦焊過程,把焊接工藝同焊後熱處理工藝實行工序吞並,利用焊接餘熱和刹車能耗在摩擦焊機上直接對摩擦焊接頭進行形變熱處理,機上配備的熱處理裝配可以更有效地實現相變條件的控製,如許就可以把摩擦焊過程中高溫形變引進的大量位錯等用淬火相變牢固地釘紮住,充分發揮形變強化與相變強化的雙重感化取得的以往用單一方法不能達到的強韌化效果。實現了在不降低接頭強度的條件下,韌性超過調質母材的水平,這套技術不僅進步了焊接質量而且簡化了工藝,減少了焊後熱處理的加熱次數,降低了本錢。該項研究成果處於世界領先地位,目前在抽油杆、油管的生產和鑽杆的修複上進行了推廣利用 。為控製鋁—銅過渡接頭脆性層的產生 ,研究了低溫摩擦焊並利用於生產。近年來對超塑性溫度範圍內相變溫度以下摩擦焊進行了研究,並取得了階段性成果;在焊接質量監控方麵,先後研製了摩擦焊功率極值控製儀及微機質量監控裝配。微機質量監控裝配是對焊接過程的軸向壓力、主軸轉速、摩擦扭矩、焊件軸向縮短量、時間、焊接溫度及形變熱處理溫度等影響焊接接頭質量的首要參數的變化進行監控。在新材料的焊接性,摩擦焊接信息過程與傳感技術,摩擦焊接參數計算和實時監測與閉環控製,摩擦焊縫缺陷形成機製與力學行為,摩擦焊接頭強韌性控製,摩擦焊接物理參量場(溫度場,應力應變場)數值模擬,和高速攝影、頻譜分析等相關試驗技術等方麵也開展了較係統深進的研究工作。

近幾年來攪拌摩擦焊技術也引發了我國科技工作者的高度重視,先後開展了對鋁合金(如防鏽鋁、鍛鋁、硬鋁、超硬鋁等)、紫銅 、PVC塑料等材料的攪拌摩擦焊研究,同時還在積極開展鈦合金、鎂合金和玄色金屬的攪拌摩擦焊工藝研究,同時對攪拌摩擦焊的機理、微觀組織、力學性能和攪拌摩擦焊的核心技術攪拌頭等都展開了深進的研究。並取得了一定的工程利用。

3 摩擦焊機的生產與相關技術

我國現有六百餘台摩擦焊機,盡大部分是連續驅動摩擦焊機。近年來由於加強了與德國KUKA、日東株氏會社、美國MTI公司等摩擦焊機製造公司的交流與引進樣機,焊機先後采用了液壓馬達驅動的主軸係統,串聯軸承組——平衡油缸液力平衡旋轉活塞 ,多片式粉末冶金塗層離合器,轉動導軌和可編程序控製器(PLC)控製等多項先進技術,使焊機製造水平有了較大的進步。

隨實在際生產的需要。國內對於其它型式的摩擦焊機也進行了研製 ,如長春焊接設備廠研製了小噸位的慣性焊機,相位摩擦焊機,哈爾濱焊接研究所研製了具有形變熱處理功能帶機上淬火裝配及主動往飛邊裝配的混合式摩擦焊機,變頻調速相位摩擦焊機。哈爾濱量具刃具廠研製了20T雙頭摩擦焊機,中國兵器產業第五九研究所研製了小噸位徑向摩擦焊機,北京賽福斯特技術有限公司研製了係列攪拌摩擦焊機等等,這些焊機有的技術指標和製造水平已達到或接近國外同類焊機的水平。

麵對國內市場的需要,摩擦焊機的生產也在向係列化方向發展,目前國內生產的焊機最大噸位是1250kN,最小是5KN。總之,在國內的焊機係列中,變型少,品種也比較單一,還沒有巨型機和微型機。與焊機相配套的往飛邊裝配,主動上下料裝配,焊後熱處理,無損檢測裝配等雖有不同的類型 ,但是這些還比較專業化,沒有形成標準通用的係列,有待不斷的完善。我國也有了本身的摩擦焊機行業標準,隨著製造技術的進步,這個標準也將有待向著較高水平方向修訂。

摩擦焊技術發展的展看

我國摩擦焊技術的發揭示狀還很不適應國民經濟高速發展的需要 。今後5—10年內我國的摩擦焊工作者還要在材料的焊接性、摩擦焊的焊接方法、摩擦焊設備和摩擦焊的利用領域展開更加深進的研究。

1 材料的焊接性

首要瞄準那些難以熔焊的及新興的焊接材料的焊接,象鈦合金與不鏽鋼的摩擦焊接、鈦與鋁的摩擦焊接、純鈦與純銅的摩擦焊接、高熔點材料的摩擦焊接、輕金屬的摩擦焊接、粉末合金材料的摩擦焊接、新興材料的摩擦焊接、鑄造合金的摩擦焊接 、鋼材與活性金屬的摩擦焊接等等材料的摩擦焊接性研究。對材料摩擦焊接物理、化學 、力學冶金的基礎理論進一步深進研究,拓寬摩擦焊可焊材料領域。

2 摩擦焊方法

今後5—10年要加大力度開發一些新的摩擦焊方法,慢慢完善並擴大其利用範圍。

(1)相位摩擦焊

可實現有相位要求的工件的摩擦焊接,擴大了摩擦焊的利用領域。目前生產中對如六方形斷麵的零件、八方鋼、汽車操縱杆、花鍵軸、撥叉、兩端帶法蘭的軸等均要求采用相位摩擦焊。在電控技術和機械技術高度發展的條件下,為大噸位相位摩擦焊機的研製提供了可能。

(2)線性摩擦焊

線性摩擦焊技術,是兩個工件以一定的頻率和振幅進行往複活動產生熱量進行的焊接,它可以將方形、圓形、多邊形截麵的金屬或塑料焊接在一起。它可以焊接更不規則截麵的構件,象葉片與渦輪等,今後要深進開展線性摩擦焊機道理、振動係統動力學等的研究,為研製大噸位的性摩擦焊機作籌辦。

(3)徑向摩擦焊

徑向摩擦焊由於其引進中間旋轉加壓圓環,不僅改變了摩擦麵的方向 ,焊件也由相對旋轉加壓變為相對固定加壓,它非常適合於長管子的焊接,同1頁

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