浅谈线性摩擦焊技术

2022-02-09 浏览次数:343

线性摩擦焊接是一种焊接,将两个待焊件的表面接触一个**部的压力,使两个接触面以一定的频率和振幅直线往复运动产生摩擦热的焊接。它不同于旋转摩擦焊和搅拌摩擦焊。它适应材料的形状。它不仅可以焊接圆柱形截面和管道截面的工件,还可以焊接方形、圆形和多边形截面的金属和塑料。其基本过程如下:摩擦副中的一个工件由夹具固定,另一个工件相对直线往复运动。在轴向输送机构的推动下,两个带焊接表面相互接触和摩擦。随着摩擦运动和轴向推进,摩擦表面产生摩擦热,表面金属逐渐达到粘塑性状态,在轴向压力的作用下变形挤出,最后停止往复运动,施加**部锻造力,完成焊接。

适合焊接的线性摩擦焊材料有:常规结构钢、不锈钢、钛合金(TC4、TC6、TC11、TC17)、高温合金材料、金属间化合物材料、金属基复合材料、单晶合金、塑料等非金属材料,焊接接头具有良好的综合力学性能,接头的强度、韧性、疲劳等性能相当于母材。

20世纪80年代末,德国成功地将线性摩擦焊用于制造航空发动机钛合金的整体叶盘。由于线性摩擦焊在整体叶盘制造领域的优势,近年来在航空发动机领域得到了较大的关注和快速发展。GE(),R&R(英)、P&W(美国惠特尼集团)MTU(德)已经研究和开发了各种类型的发动机整体叶盘。该焊接方法的优点是起始焊接头的强度和疲劳寿命可以达到甚至**过母材的强度和寿命;空心叶片的整体叶盘制造和结构减重;与整体锻坯和机械加工制造的整体叶盘相比,线性摩擦焊可节省88%的金属材料,大大降低工时;线性摩擦焊制成的整体叶盘具有良好的维护性;可实现双合金双性能整体叶盘的焊接,进一步提高整体叶盘的使用性能,再次减轻转子重量。

目前,航空发展的主要材料是各种航空钛合金。采用行星摩擦焊时,工艺处理不当也会出现焊接缺陷,主要包括:焊缝边缘和角未熔化,主要原因是摩擦表面摩擦热不均匀,散热条件不同。当没有熔化缺陷时,缺陷附近经常有渣夹,这是由于氧化物在摩擦过程中没有完全挤出造成的。预防措施包括:首先设计合理的焊接截面,尽量增加过渡区的曲率半径,使截面变化温和;其次,优化焊接工艺参数,合理匹配振幅、频率、摩擦压力等工艺参数。

此外,还可能出现焊接裂纹,一般发生在室温塑性较低的钛铝金属间化合物和普通钛合金之间的焊接中,塑性良好的钛合金线性摩擦焊一般不会出现焊接裂纹。线性摩擦焊产生于摩擦段和冷却段,不同于焊接焊接,接头区域具有较大的摩擦、**锻压力和剪切力,摩擦表面附近的材料在摩擦热和力的作用下发生塑性变形,跃进摩擦表面,材料温度越高,塑性变形能力越强,塑性变形能力越大。由于线性摩擦焊是摩擦表面振动相对较快、塑性金属挤出较快的过程,当接头区域的塑性变形能力不能满足该变形要求时,焊接裂纹,接头经常断裂或断裂。在冷却阶段,如果材料塑性不足,在热应力作用下也容易出现裂纹,接头在严重时自动断裂。目前,该技术已基本掌握,并逐渐广泛应用于航空等领域。


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