线性摩擦焊接是指其中一个焊件相对于另一个固定的焊件沿直线方向以一个小的振幅和恰当的频率作往复运动,发生摩擦粘结与剪切并产生摩擦热,摩擦界面温度上升,当摩擦表面达到粘塑性状态时,在压力的作用下焊合区金属发生塑性流动形成飞边,当摩擦焊接区的温度和变形达到一定程度后,焊件对齐并施加顶锻压力,从而完成焊接过程。
线性摩擦焊接的原理示意图2 线性摩擦焊的原理步骤分解: 1. 预热 3. 继续加热 4. 施加锻压力 焊接复杂形状的零件:
某零件的焊接过程,金属发生塑性流动产生飞边 通常,线性运动的速度变化图是一个正弦曲线,在一个方向上从零变化到最大值,再反方向循环。在一些情况下,速度变化图也可能是别的曲线。 线性摩擦焊在1929年首次获得专利,然而对于该工艺的描述是模糊的;随后Caterpillar Tractor公司在专利中提及该工艺,但主要是集中在能线性往复运动的机器,并非是真正的焊接工艺。专利研究显示现存的专利中没有一个能够充分的保护该焊接技术的基本原理。
与常规的线性摩擦焊设备相比,它的优势在于创新的驱动单元,其核心是液压振荡器。该液压振荡器的振动频率是25-125Hz,振幅高达±3 mm,最大锻压力是200kN(20t),因此可以焊接最大为2000平方毫米的横截面积。同时,该液压振荡器也可以产生非正弦曲线,这些可以根据焊件的几何和材料进行优化。
可自动定心的液压夹具,缩短夹持时间 1.焊件夹持; 2.基准和缩进:将设备基准设置为零,并将两个焊接之间分开一小段距离 3.初始阶段:其中一个焊件开始振动,然后稳定在一个设定的振幅内;随后在预定时间内,两个焊件在小的压力作用下靠在一起。 4.摩擦阶段:压力增大到一定的值,并在接触面产生摩擦热。 5.顶锻阶段:在预定时间内振幅降到零,以确保焊件对齐;同时增大顶锻压力来加强焊件间的粘结。 6.释放阶段:将焊件从机器中移除 线性摩擦焊过程中的参数轨迹示意图,显示了3~6阶段中的振幅、压力和烧化这三项参数的轨迹变化 考虑到材料的行为性能,摩擦阶段包含三个不同的状态: 1.初始状态 2.过渡状态 3.平衡状态 线性摩擦焊过程中基于材料行为的三个阶段 该工艺过程中的主要输入变量有: 频率 变革时间 振幅 摩擦压力 烧化距离、时间和周期 推迟时间 顶锻压力 顶锻时间 钛64线性摩擦焊的微观结构
c:在焊缝区的魏德曼微观结构 d:热影响区的非重结晶区域,显示了母体微观结构的变形
与其他的焊接技术相比, 1.不需要额外的填充材料; 2.焊接发生在固态状态下;即我们看不到宏观的融化。 1.加工效率高,材料损耗小; 2.焊接质量高。焊接过程中不产生焊接缺陷和焊接脆化现象。 3.可以焊接两种不同的材料。例如:下图所示的低碳钢与铝的焊接 主要劣势在于:设备和工装的成本高。因此只用于生产高价值的配件,例如航空发动机的叶盘等。然而,基于储存能量原理的设备有较低的成本,也可生产较低价值的配件。 另一个劣势是所产生的噪音非常大。 可用于进行线性摩擦焊接的材料有:碳锰不锈钢,铝,镍合金和钛。大体上,可用于旋转摩擦焊接的材料均可用于线性摩擦焊接。 线性摩擦焊接最适用于矩形和不规则的截面,经常用于有多处焊接和多个焊件的复杂零件中。 主要体现在航空领域的应用: 战斗机发动机整体叶盘、空心叶片叶盘等的制造。
MTU航空发动机 TWI(The Welding Institute) 即英国焊接学会或英国焊接研究所,TWI是国际上著名的独立技术研究机构之一,公司建于1946年,位于英国剑桥南部的Granta Park高科技园区内。TWI主要帮助工业企业或研究单位解决材料连接领域中的难题以及相关技术问题(如表面处理,涂层,封装,切割等领域中的问题)。
MTU航空发动机是德国领先的发动机制造商,它的产品涵盖所有推力和能量类别和所有主要引擎组件和子系统,包括压缩机、燃烧器和涡轮机。 转载请注明出处 |
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