搅拌摩擦焊_武汉三虹重工_化工管道搅拌摩擦焊

摩擦焊——摩擦堆焊

摩擦堆焊多适见于滚道堆焊，一般包含堆焊金属圆棒、堆焊件两大工作元件。其大致原理是：堆焊时，作为焊材的金属圆棒高速旋转，堆焊件（母材）也同时以高转速高速旋转，在压力P的作用下，圆棒和母材摩擦产生热量。由于母材体积一般较大，冷却速度较快，所以，堆焊金属圆棒（焊材）会过度到母材（滚道）上形成堆焊焊缝。

搅拌摩擦焊历史

1991 年英国焊接研究所 ( TWI) 发明了搅拌摩擦焊(FSW) ,从此基于这种固相连接技术的明显优越性(如优良的接头机械性能、不需要填充材料、没有烟尘和飞溅、较少的焊前准备和焊接变形等) ,世界范围内的国际合作开展了大量的研究和开发工作 ;另外 ,搅拌摩擦焊可以焊接各种铝合金材料 ,甚至以前所谓的不可焊铝合金材料 (如应用于航空、航天领域的 2000 系列、5000 系列和 7000 系列高强铝合金) ,也可以利用这种***的焊接方法得到高质量的连接 ;除了这些优点 ,搅拌摩擦焊也存在一些缺点 ,如 :当焊接某些特殊牌号的铝合金材料时焊接速度相对较慢 ;另外 ,搅拌摩擦焊需要较大的焊接压力 (机器人焊接时会产生问题) ,也限制了这种新型连接技术在批量工业产品的生产制造中的广泛应用。

搅拌摩擦焊中的超塑流性

然而 ,超塑性流变的机理并没有得到很好的解释 :

(1) 为什么异种金属材料的搅拌摩擦焊会以如此精细的程度混合 ?

(2) 为什么如此精细的间混薄层结构主要出现在焊接的前进面和回转面 ?

(3) 为什么在搅拌头的正下方区域 (如图 6 中的位置 C) 没有出现间混薄层结构 ?

(4) 另外 ,其他的研究人员试验得到了更高的峰值温度 ;例如 :在焊接 Al5083 铝合金 (凝固温度为579 ℃) 材料时 ,最峰值温度达到了 574 ℃[4 ] 和560 ℃;在焊接 Al2024 铝合金和 Al7075 铝合金材料时 (这两种材料的最熔点分别为 502 ℃和 476℃) ,最峰值温度分别达到了 480 ℃和 450 ℃。

鉴于以上分析 ,在此提出了另一种观点来解释异种材料的搅拌摩擦焊过程中精细间混薄层结构的形成 ,此观点认为间混结构的出现是由于搅拌过程中的粘性材料达到母材的固相或共晶温度时无序混合的结果。 在搅拌摩擦焊过程中 ,当材料的雷诺(Reynolds) 系数很低 (Re ≤1) 和产生蠕变时 ,在连续相中包含的离散相随着搅拌头的旋转被掠向图 4 中显示的双曲线区域 ,同时被拉伸和折叠 ,以致离散相和分散相以一种很精细的结构相互混合 ,通过无序混合形成了精细的间混结构。 双曲线区域没有在搅拌头的肩部正下面立即形成 (图 4) ,也解释了为什么图 5 的 C 位置没有出现 Al 6061 和 Al 2024 的间混薄层结构。