搅拌摩擦焊介绍课件

搅拌摩擦焊搅拌摩擦焊搅拌摩擦焊1搅拌摩擦焊第一节搅拌摩擦焊的基本原理·第二节搅拌摩擦焊的焊接过程及特点·第三节搅拌摩擦焊工艺第四节搅拌摩擦焊设备第五节搅拌摩擦焊的应用搅拌摩擦焊2搅拌摩擦焊搅拌摩擦焊原理搅拌摩擦焊(FrictinStirWelding,简称FSW)利用一种特殊形式的搅拌头边旋转边前进,通过搅拌头与工件的摩擦产生热量,摩擦热使该部位金属处于热塑性状态,并在搅拌头的压力作用下从其前端向后部塑性流动,从而使待焊件压焊为一个整体它可以焊接所有髀号的铝合金以及用熔焊万法难以焊接的材料,并突破了普通摩擦焊对轴类零件的限制,可进行板材的对接、搭接、角接及全位置焊接。由于搅拌摩擦焊是固态焊接,所以没有熔化焊时的气孔、裂纹及合金元素烧损等缺陷。搅拌摩擦焊的接头性能普遍优于熔化焊的。·目前,搅拌摩擦焊技术已在飞机制造、机车车辆和船舶制造等领域得到广泛的应用,主要用于铝及其合金、铜合金、镁合金、钛合金、铅、锌等非铁金属材料的焊接,也可用于焊接钢铁金属搅拌摩擦焊3搅拌摩擦焊二、搅拌摩擦焊的焊接过程及特点轴向压力一)搅拌摩擦焊焊接过程焊接方向搅拌摩擦焊是利用摩擦热作为焊接热源的种固相焊接方法,但与常规摩擦焊有所不同在进行搅拌摩擦焊接时,首先将焊件牢牢地固定在工作平台上,然后,搅拌焊头高速旋转并将搅拌焊针插入焊件的接缝处,直至搅拌焊头的肩部与焊件表面紧密接触,搅拌焊针高速旋影响区转与其周围母材摩擦产生的热量和搅拌焊头的热变形影响区肩部与焊件表面摩擦产生的热量共同作用,使接缝处材料温度升高且软化,同时,搅拌焊头图4-20搅拌摩擦焊接过程示意图边旋转边沿着接缝与焊件作相对运动,搅拌焊1—搅摔头轴肩2—焊件3—搅拌焊针头前面的材料发生强烈的塑性变形。随着搅拌焊头向前移动,前沿高度塑性变形的材料被挤压到搅拌焊头的背后。在搅拌焊头与焊件表面摩擦生热和锻压共同作用下,形成致密牢固的固相焊接接头。搅拌摩擦焊接过程如动画所示。搅拌摩擦焊4搅拌摩擦焊(二)搅拌摩擦焊的焊接接头1接头的分区根据塑性变形程度和热作用的不同,1.将搅拌摩擦焊接头分为4个区域。图4-21FSW焊接接头榿截面金相图核区b热机髟响区c—热影响区d母材区母材区→图中,d区为接头中无热作用也无塑性变形的母材区c区该区域的材料因受焊接热循环的影响,微观组织和力学性能熟影响区(HAZ)→均发生了改变,但该区域材料没有产生塑性变形,其组织与母村组织无明显的区别,只是消除了方向性很强的柱状晶结构,热影响区的宽度比熔焊时窄很多。熟机影响区一「区该区域是二个过渡区域材料已产生了一定程度的塑性变形,同温度场a区为“焊核区”(WNz),该区域位于焊缝中心靠近搅拌针插入的位置,经历了高温变后,焊核的中心发生了强烈的变形。应变导致焊核区在焊接过程中发生了动态再焊核区结晶,并导致该区出现高密度的沉淀相,从而有利于抑制焊接过程中晶粒的长大。焊核区一般由细小的等轴再结晶组织构成。在焊接过程中,材料与搅拌针之间的相互作用导致焊核区出现同心环(洋葱环组织)搅拌摩擦焊5搅拌摩擦焊2接头力学性能焊态下,FSW焊缝焊核的强度要大于热影响区的强度。对于退火状态的铝合金,拉伸实验时首先发生破坏的部位通常在远离焊缝和热影响区的母材上。对于形变强化和热处理强化的铝合金,FSW接头的不同区域发生了软化,但可以通过控制热循环,尤其是通过降低焊缝热机影响区的退火效应和过时效的影响来改善接头的性能,也可以通过焊后热处理的方式提高热处理强化铝合金FsW接头的性能。表414典型航天储箱结构错合金SW接头的力学性能焊件材料抗拉强度ab/MPa仲长率b(%)2A14-T母材26—T7母材2B16-T接头2195—T8母材2195—18揸头汪:表中a”为FW接头的抗拉强度;a为母材的抗拉强度搅拌摩擦焊6搅拌摩擦焊表415FSW接头/母材的力学性能服强度σnMPa抗拉蜮度JMP伸长率品3(%5083-0母材83-0接头23.05083-B21棱头150.9l6082-T每材6092-T接头82-1接头+时效68274母材20624换头85-179甚头+时效注:为FSW接头的抗拉强度:abm为母材的拖拉强座。搅拌摩擦焊7搅拌摩擦焊实验结果表眀,搅拌摩擦焊对接接头的疲劳性能大都超过相应熔焊接头的设计推荐值。总之,对于铝合金材料,其FSW接头的抗拉强度均能达到母材的70%以上。接头性能的具体数值,除了与母材本身的性能有关外,在很大程度上还取决于FSW的焊接参数目前,国内外关于搅拌摩擦焊的研究及应用主要集中在铝合金、合金以及纯铜等软质、易于成形的材料上,对于钛合金、不锈钢、基复合材料等的研究和应用也取得了较大的进展。中国技术资料网喷气客机的搅拌摩擦焊镁合金的搅拌摩擦焊搅拌摩擦焊8搅拌摩擦焊8(三)搅拌摩擦焊的特点优点焊缝是在塑性状态下受挤压完成的,属于固相焊接,因而其接头不会产生与冶金凝固有关的一些如裂纹、夹杂、气孔以及合金元焊缝质量好→素的烧损等熔焊缺陷和脆化现象,焊缝性能接近母材,力学性能优异。适于焊接铝、铜、铅、钛、锌、镁等非铁金属及其合金以及钢铁材料、复合材料等,也可用于异种材料的连接。不受轴类零件的限制,可进行平板的对接和搭接,可焊接不受轴类零件限制→直焊缝、角焊缝及环焊继,可进行大型框架结构及大型筒体制造、大型平板对接等,扩大了应用范围无需高的操作技能和训练→/搅拌摩擦焊利用自动化的机械设备进行爆接,避免了对操作工人技术熟练程度的依赖,质量稳定,重复性高焊接时无需填充材料、保护气体,焊前无需对焊件表面预处理,焊接过程中无需施加保护措施,厚大焊件边缘不用加工不需焊丝和保护气氛坡口,简化了焊接工序∴焊接铝合金材料不用去氧化膜,只需去除油污即可搅拌摩擦焊9搅拌摩擦焊优点由于搅拌摩擦焊为固相焊接,其加热过程具有能量密度髙、热输入速度快等特点,因而焊接变形小,焊后残余应力小。在保焊件尺寸精度高→证焊接设备具有足够大的刚度、焊件装配定位精确以及严格控制焊接参数的条件下,焊件的尺寸精度高绿色焊接方法→搅拌摩擦焊焊接过程不产生弧光辐射、烟尘和飞溅,噪声低,实现了焊接过程的环保化。因而搅拌摩擦焊被称为“绿色焊接方法缺点焊接时的机械力较大,需要焊接设备具有很好的刚性与弧焊相比,缺少焊接操作的柔性搅拌焊头的磨损相对较高焊缝末端通常有“匙孔”存在(目前已可以实现无孔焊接)等搅拌摩擦焊10搅拌摩擦焊介绍课件11搅拌摩擦焊介绍课件12搅拌摩擦焊介绍课件13搅拌摩擦焊介绍课件14搅拌摩擦焊介绍课件15搅拌摩擦焊介绍课件16搅拌摩擦焊介绍课件17搅拌摩擦焊介绍课件18搅拌摩擦焊介绍课件19搅拌摩擦焊介绍课件20搅拌摩擦焊介绍课件21搅拌摩擦焊介绍课件22搅拌摩擦焊介绍课件23搅拌摩擦焊介绍课件24搅拌摩擦焊介绍课件25搅拌摩擦焊介绍课件26搅拌摩擦焊介绍课件27搅拌摩擦焊介绍课件28搅拌摩擦焊介绍课件29搅拌摩擦焊介绍课件30搅拌摩擦焊介绍课件