。经过一定摩
擦时间或产生一定变形量后,停止相对运动,在顶锻压力的作用下,使材料产生较大
的塑性变形及流动,通过界面上原子的扩散及再结晶过程而实现连接[14]
。
摩擦螺柱焊技术就是螺柱焊与摩擦焊两种新技术的紧密结合,摩擦螺柱焊的一对
待焊工件一般为螺柱——螺柱或螺柱——板材(或筒状)。焊接准备时,待焊的两个
工件中,旋转夹具夹持的工件称为旋转工件,移动夹具夹持的工件称为移动工件。焊接过程中电机驱动使旋转工件告诉转动,横向轴向力驱使移动工件移向旋转工件,在
不断的接触过程中由于摩擦产生大量热量。当工件不断被压紧,接触面的温度随之增
加,并随接触面积的增加而升高,高温粘塑性金属逐渐覆盖在摩擦界面[14]
。由于不断
增加的摩擦热量使两侧工件温度升高,使两接触面两侧金属发生液塑性流动,导致飞
边的形成,并随摩擦时间的增加为不断长大。当达到设定的摩擦时间时,电机制动,
在气缸产生横向顶端力下两工件紧密结合,形成焊接接头,从而完成整个试验[15,16]
。
旋转摩擦焊四个阶段如图1.2所示。 图1.2 旋转摩擦焊的四个阶段
摩擦焊螺柱焊工艺方法适应性较广,可焊材料较多,不仅能焊接传统的金属材料,
还能够焊接其他材料,如复合材料、粉末合金、功能材料甚至陶瓷等新型材料和异种
材料。
随着基础学科的发展,焊接工艺也在不断地发生变化和改进,摩擦焊接领域也因
此得到扩展。被焊工件的形状尺寸也得到扩展,可以与板状母材进行摩擦焊接。
摩擦焊工艺方法及分类如下图1.3所示[17]
。 1.2.3 摩擦螺柱焊特点[18]
(1)焊接接头质量高。一般情况下,焊接材料不熔化,仍处于固相状态,焊合
区金属为锻造组织,晶粒细小且致密,不会产生熔焊状态后偏析、夹杂和气孔等缺陷;
其次,由于轴向压力和扭矩的存在导致晶粒细化、组织致密等力学冶金效应;同时,
当缩短焊接时间时,会导致焊接热影响区变窄,且不会出现组织粗化等现象。以上均
能获得有效的较高强度的焊接接头[14]。
(2)广泛的工艺适应性。摩擦焊方法适应的焊接材料非常广泛,不仅能焊接一
般的金属,还可以应用于复合材料、粉末合金等特殊的材料。与其他焊接方法相比,
摩擦焊更适用于异种材料的连接[19]
。对于管-管、棒-棒、棒-管、棒(管)-板的焊接,同样适用于摩擦焊[20]。
(3)焊接过程可靠性高。摩擦焊设备结构简单,且不需要其他配套设备,焊接时需要的调控参数较少,自动化程度较高。且摩擦焊对焊接电流、电压、电阻及外界
环境敏感性较低;焊件准备简单、工件接触面要求简单。在整个焊接过程中基本能实现完全自动化[21]。
(4)焊件尺寸精度高。由于摩擦焊接过程为固态连接,焊接过程中接触表面接
触均匀,能量高度集中,在较短的焊接时间内能量输入速度很快,所以焊接变形较小。
在对工件装配定位时进行精确控制,对焊接参数条件优化设定后,焊件尺寸精度会大大提高。
(5)摩擦焊接生产效率高。摩檫焊接过程较短,最快几秒内完成,因此,其生
产效率很高。若配备自动给料装置、及焊前自动装夹机械手、焊后辅助工序等,实现
全自动生产后,生产效率还能大大提高[22]。
(6)焊机工作环境清洁。摩擦焊是一种固相连接,不会产生弧光、飞溅、烟雾
等有害气体与杂质,较为清洁。
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