搅拌摩擦焊-陆伟PPT课件.ppt

搅拌摩擦焊技术FrictionStirWelding FSW 陆伟 3 18 2020 1 主要内容 搅拌摩擦焊工艺简介 搅拌摩擦焊研究现状 搅拌摩擦焊应用领域 小结 3 18 2020 2 搅拌摩擦焊工艺 搅拌摩擦焊工艺简介 搅拌摩擦焊 FrictionStirWelding简称FSW 是英国焊接研究所90年代初发明的一种用于低熔点合金板材焊接的固态连接方法 用该方法可以焊接通常熔焊方法难于焊接的铝合金 钛合金等材料 不会在接头内形成气孔 裂纹 变形等缺陷 与熔焊相比 无飞溅 烟尘 无需添加剂和保护气 接头无裂纹和气孔 与普通摩擦焊相比 不受轴类零件限制 可焊接直焊缝 3 18 2020 3 搅拌摩擦焊工艺简介 它是利用一种特殊形式的搅拌头插入工件的待焊部位 通过搅拌头与工件间的搅拌摩擦 摩擦热使该部位金属处于热塑性状态并在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 在这里 搅拌头对其周围金属起着碎化 摩擦 搅拌等作用 3 18 2020 4 搅拌摩擦焊工艺简介 主要优点 搅拌摩擦焊接过程中接头部位不存在金属的熔化 是一种固态焊接过程 故焊接时不存在熔焊时的各种缺陷 可以焊接用熔焊方法难于焊接的材料 如LY LC系列的硬铝及超硬铝 并且可以在任意位置进行焊接 由于不存在熔焊过程中接头部位大范围的热塑性变形过程 焊后接头的内应力小 变形小 基本可实现板件的低应力无变形焊接 接头的机械性能好 无烟尘 无气孔 无飞溅 节能 无需添加焊丝 焊铝时不需使用保护气体 对焊工技术要求不高 焊前准备要求低 英国TWI的Nicholas认为 搅拌摩擦焊工艺是自激光焊接问世以来最引人注目的焊接方法 它的出现将使铝合金等有色金属的连接技术发生重大变革 3 18 2020 5 搅拌摩擦焊研究现状 搅拌摩擦焊工艺最初主要用于解决铝合金等低熔点材料的焊接 MarkShaw FrictionStirWeldingShowsGreatPromiseforJoiningofDifficult to weldingMaterials WELDINGJOURNAL June 1997TWI进行的研究项目有 钢的搅拌摩擦焊 汽车轻型构件的搅拌摩擦焊等 美国的爱迪生焊接研究所 EdisonweldingInstitute 简称EWI 与TWI密切协作 也在进行FSW工艺的研究 Applicationoffrictionstirweldingtoautomotivelightweightstructures WELDNETintheU S 1998美国的美国洛克希德 马丁航空航天公司 马歇尔航天飞行中心 美国海军研究所 Dartmouth大学 德克萨斯大学 阿肯色斯大学 南卡罗里纳大学 德国的Stuttgart大学 澳大利亚的Adelaide大学 澳大利亚焊接研究所等都从不同的角度对搅拌摩擦焊进行了专门研究 3 18 2020 6 2020 3 18 搅拌摩擦焊研究现状 材料角度 目前研究较多的是铝合金的焊接 熔点 比重较低 热传导系数大 气孔 裂纹 变形 加热使其性能下降 利用搅拌摩擦焊技术 可以克服熔焊时的缺陷 且焊接接头的性能不会降低 已经可以用该方法焊接厚度达75mm的铝合金板材 7 搅拌摩擦焊研究现状 铝锂合金是一种比强度更高 综合性能更好的轻型结构材料 用搅拌摩擦焊方法焊接铝锂合金也取得了很好的效果 FrictionStirWeldingofsteelandtitaniumalloysnowreality WELDNETintheU S 1998现在英 美等国正进行锌 铜 钛 低碳钢 复合材料等的搅拌摩擦焊接 理论角度 目前对FSW接头形成机理的研究还正在起步阶段 英国剑桥大学的H R Shercliff 美国EWI的Z Feng等开发了一种模拟搅拌摩擦焊热过程的加热模型 利用该模型 可以更快更精确地计算出焊接工艺参数 更好地了解材料流动的途径和塑性变形的大小 从而可以更好地了解该工艺的加热与接合机理 3 18 2020 8 搅拌摩擦焊研究现状 设备角度 英国的TWI已经研制成功可以焊接厚度为3 15mm 长宽分别为3 4 4米的样机 焊接速度达1 2m min世界著名的焊机制造商 ESAB 为挪威的MarineAluminium等生产了搅拌摩擦焊机 焊接了大量焊缝Boeing公司斥资几百万美元 请ESAB公司为其设计生产焊接大型低温容器的专用搅拌摩擦焊机 国内北京航空工艺研究所于1998年开始进行了这方面的探索性研究 南昌航空工业学院已用现有设备焊接了铝合金对接接头 丁字接头 搭接接头 取得了较好的效果 3 18 2020 9 搅拌摩擦焊应用领域 目前 用FSW技术焊接的结构并不多 在挪威 已用该技术焊接快艇的长为20米的铝合金结构件 美国洛克希德 马丁航空航天公司用该技术焊接了储存液态氧的低温容器 在马歇尔航天飞行中心 也已用该技术焊接了大型圆筒形容器 铝制低温液氧容器 船舶制造海洋工业宇航工业铁路运输公路运输建筑工业电器行业 3 18 2020 10 搅拌摩擦焊应用领域 船舶制造与海洋工业 甲板壁板隔板等板材的拼焊 铝挤压件的焊接 船体和加强件的焊接 直升机降落平台的焊接 航空航天领域 军用或民用飞机的蒙皮 航空器油箱 军用机的副油箱 军用或科技探测火箭 公路 发动机与底盘的托架 液压成型管道的配件 空间构件 货车本体 吊车 燃料箱 大篷车 摩托车与自行车框架 起重箱及镁及铝镁合金接头 3 18 2020 11 搅拌摩擦焊小结 小结 搅拌摩擦焊是一种新型焊接方法 可以焊接熔焊方法难以焊接的材料 并突破了普通摩擦焊对轴类零件的限制 搅拌摩擦焊的出现扩大了结构设计过程中材料的选择范围 由