線性摩擦焊是將兩個(gè)待焊件表面相互接觸并加以一頂?shù)膲毫?/h1>

2020-04-15 17:55:18

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線性摩擦焊是將兩個(gè)待焊件表面相互接觸并加以一頂?shù)膲毫?同時(shí)使兩接觸面以一定頻率和振幅顯直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生摩擦熱實(shí)現(xiàn)的焊接。它與旋轉(zhuǎn)摩擦焊和攪拌摩擦焊在運(yùn)動(dòng)方式上是不同的,它適應(yīng)材料的形狀也多樣化,不但能焊圓柱截面和管截面的工件,還可以焊接方形、圓形、多邊形截面的金屬和塑料。它的基本過程是這樣的:摩擦副中的一個(gè)工件被夾具固定,另一個(gè)工件與之相對(duì)作直線往復(fù)運(yùn)動(dòng),在軸向送進(jìn)機(jī)構(gòu)的推動(dòng)下,使兩個(gè)帶焊表面接觸并相互摩擦。隨著摩擦運(yùn)動(dòng)和軸向推進(jìn),摩擦表面產(chǎn)生摩擦熱,表面金屬逐漸達(dá)到粘塑性狀態(tài),在軸向壓力的作用下產(chǎn)生變形并被擠出,最后停止往復(fù)運(yùn)動(dòng)并施加頂鍛力,完成焊接。

線性摩擦焊適合焊接的材料有:常規(guī)結(jié)構(gòu)鋼、不銹鋼、鈦合金(TC4、TC6、TC11、TC17)、高溫合金材料、金屬間化合物材料、金屬基復(fù)合材料、單晶合金等、塑料等非金屬材料,焊接接頭綜合力學(xué)性能良好,接頭的強(qiáng)度、韌度、疲勞等性能與母材相當(dāng)。

在20世紀(jì)80年代后期,德國(guó)與英國(guó)的合作公司成功將線性摩擦焊用于航空發(fā)動(dòng)機(jī)鈦合金整體葉盤的制造。由于線性摩擦焊在整體葉盤制造領(lǐng)域具有優(yōu)勢(shì),近年來(lái)在航空發(fā)動(dòng)機(jī)領(lǐng)域得到了極大的關(guān)注,發(fā)展迅速。GE(通用電氣公司)、R&R(英國(guó)航空發(fā)動(dòng)機(jī)公司)、P&W(美國(guó)惠特尼集團(tuán)公司)、MTU(德國(guó)航空發(fā)動(dòng)機(jī)公司)等公司先后開展研究并研制出多種型號(hào)的發(fā)動(dòng)機(jī)整體葉盤。這種焊接方法的優(yōu)點(diǎn)是:起焊接接頭強(qiáng)度和疲勞壽命可以達(dá)到甚至超過母材的強(qiáng)度和壽命;可以實(shí)現(xiàn)空心葉片整體葉盤制造,實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)減重;與整體鍛坯和機(jī)械加工制造整體葉盤比較,線性摩擦焊可節(jié)省金屬材料88%,并大大減少工時(shí);采用摩擦線制造的的整體葉盤的可維修性好;他可以實(shí)現(xiàn)雙合金雙性能整體葉盤的焊接,進(jìn)一步改善整體葉盤的使用性能,同時(shí)還可再次降低轉(zhuǎn)子的重。

目前航發(fā)的主要材料為各種航空用鈦合金,在采用行星摩擦焊時(shí),工藝處理不當(dāng)也會(huì)出現(xiàn)焊接缺陷,主要有:焊縫邊緣及拐角處未熔合,這種缺陷產(chǎn)生的原因主要是摩擦表面摩擦熱不均勻和散熱條件不同所致。存在未熔合缺陷時(shí),往往在缺陷附近存在夾渣,這是摩擦過程中氧化物未被充分?jǐn)D出所致。預(yù)防措施有:首先要設(shè)計(jì)合理的焊接截面,盡量增大過渡區(qū)域的曲率半徑,使截面變化平緩;其次是要優(yōu)化焊接工藝參數(shù),合理匹配振幅、頻率、摩擦壓力等工藝參數(shù)。

另外還有可能出現(xiàn)焊接裂紋,一般發(fā)生在室溫塑性較低的鈦鋁金屬間化合物以及普通鈦合金之間的焊接,塑性好的鈦合金線性摩擦焊一般不會(huì)出現(xiàn)焊接裂紋。線性摩擦焊產(chǎn)生于摩擦級(jí)段和冷卻級(jí)段,它與熔焊焊不同,焊接過程中接頭區(qū)域承受很大的摩擦力、頂鍛壓力和剪切力,摩擦面附近的材料在摩擦熱和力的作用下發(fā)生塑性變形,躍進(jìn)摩擦面,材料的溫度愈高,塑性變形能力越強(qiáng),塑性變形量越大。由于線性摩擦焊是摩擦面相對(duì)快速振動(dòng)和塑性金屬快速擠出的過程,當(dāng)接頭某區(qū)域塑性變形能力不能滿足這種變形要求時(shí),就出現(xiàn)了焊接裂紋,常出現(xiàn)接頭碎裂或掉塊現(xiàn)象。在冷卻階段,如果材料塑性不足,在熱應(yīng)力作用下也容易出現(xiàn)裂紋,嚴(yán)重時(shí)接頭會(huì)自動(dòng)斷開作用下。目前基本掌握了這項(xiàng)技術(shù),在航空及其它領(lǐng)域逐步得到廣泛的應(yīng)用。

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線性摩擦摩擦線

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