直角搅拌摩擦焊焊接技术可以追溯到几千年前的青铜器时代,在人类早期工具制造中,无论是中国还是当时的埃及等文明地区,都能看到焊接技术的雏形。古代的焊接方法主要是铸焊、钎焊和锻焊。直角搅拌摩擦焊中国商朝(公元前1600年—公元前1046年)制造的铁刃铜钺就是铁和铜的铸焊件,其表面铜与铁的熔合线蜿蜒曲折,接合良好。春秋战国时期(公元前770年—公元前221年)曾侯乙墓中的建鼓铜座上的盘龙是分段钎焊连接而成的,与现代软钎料成分相近。战国时期制造的刀剑一般是加热锻焊而成的。据明朝宋应星所著《天工开物》记载:中国古代将铜和铁一起入炉加热,经锻打制造刀、斧;用黄泥或筛细的陈久壁土撒在接口上,分段锻焊大型船锚。在古埃及和地中海地区,公元前1000年人们就已经能够通过搭接的方法制造金盒及铁质工具。到中世纪(约公元476年—公元1453年),早叙利亚大马士革曾用锻焊方法打造兵器。但古代焊接技术长期停留在较原始的水平,使用的热源都是炉火,温度低、能源不集中,无法用于大截面、长焊缝工件的焊件,只能用以制作装饰品、简单的工具和武器。近代真正意义上的焊接技术起源于1880年左右电弧焊方法的问世。下表列出了焊接史上重要方法和技术的出现时间、发明人及所属国家。
直角搅拌摩擦焊原理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。直角搅拌摩擦焊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。
直角搅拌摩擦焊摩擦焊的历程 摩擦焊接技术经过长期发展,已经发展出很多种摩擦焊接的分类:惯性摩擦焊、径向摩擦焊、轨道摩擦焊、搅拌摩擦焊等。 摩擦焊的历程 线性摩擦焊 据不完全统计,美国、德国、日本等工业发达国家的一些著名汽车制造公司,已有百余种汽车零部件采用了摩擦焊技术。直角搅拌摩擦焊在国内,中国重汽已实现铸钢桥壳和轴头的摩擦焊接。摩擦焊技术在国内推广应用,势在必行。 摩擦焊的历程 经过几十年的发展,摩擦焊技术在国内目前已经具备了包括工艺、设备、控制、检验等整套完备的专业技术规模,并且在基础理论研究上也形成了一定的独立体系。 摩擦焊可以加工的产品范围很广,航空、航天 行业的涡轮转子部件、喷气发动机风扇轴、补偿轴、定子叶片、调整器柄、起落架拉杆、异质材料飞机铆钉、钩头,螺栓、飞机泵轻质活塞、飞机液压操纵系统双金属线圈骨架、宇航用铝热管等; 摩擦焊的历程 石油、煤炭、地质钻探行业的石油钻杆、抽油杆、 地质钻杆、地质取芯钻具等。汽车 行业的发动机空心轴、汽车后轴(含空心轴)、变速器输出轴、速度选择轴、倾斜转向轴、传动轴、前轮轴、传动输入轴、S型凸轮轴、冷却风扇电动机壳和轴、涡轮增压器、 异质材料气阀。汽车液压千斤顶、后桥壳管、安全气囊、连轴齿轮、起动机小齿轮组件、飞轮齿圈、万向节组件等
搅拌摩擦焊在有色金属的连接中已获得成功的应用,但由于焊接方法特点的限制,仅限于结构简单的构件,如平直的结构或圆筒形结构的焊接,而且在焊接过程中工件要有良好的支撑或衬垫。原则上,搅拌摩擦焊可进行多种位置焊接,如平焊,立焊,仰焊和俯焊;可完成多种形式的焊接接头,如对接、角接和搭接接头,甚至厚度变化的结构和多层材料的连接,也可进行异种金属材料的焊接。直角搅拌摩擦焊另外,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。直角搅拌摩擦焊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。
直角搅拌摩擦焊在焊接过程中,搅拌针在旋转的同时伸入工件的接缝中,旋转搅拌头(主要是轴肩)与工件之间的摩擦热,使焊头前面的材料发生强烈塑性变形,然后随着焊头的移动,高度塑性变形的材料逐渐沉积在搅拌头的背后,从而形成搅拌摩擦焊焊缝。搅拌摩擦焊对设备的要求并不高,最基本的要求是焊头的旋转运动和工件的相对运动,即使一台铣床也可简单地达到小型平板对接焊的要求。但焊接设备及夹具的刚性是极端重要的。搅拌头一般采用工具钢制成,焊头的长度一般比要求焊接的深度稍短。应该指出,搅拌摩擦焊缝结束时在终端留下个匙孔。通常这个匙孔可以切除掉,也可以用其它焊接方法封焊住。针对匙孔问题,已有伸缩式搅拌头研发成功,焊后不会留下焊接匙孔。直角搅拌摩擦焊关于在搅拌摩擦过程中界面原子的运动仍处于研究阶段。