固相焊接

1、固相焊接方法學習總結(jié),,內(nèi)容,1.真空擴散焊2.摩擦焊3.攪拌摩擦焊4.超聲波焊接,1. 真空擴散焊,1.1真空擴散焊基本概念,擴散焊是在一定溫度和壓力下使待焊表面相互接觸，通過微觀塑性變形或通過待焊表面上產(chǎn)生的微量液相而擴大待焊表面的物理接觸，然后經(jīng)較長時間的原子相互擴散來實現(xiàn)結(jié)合的一種焊接方法。,1.2真空擴散焊基本原理和分類,擴散焊是在一定溫度和壓力下使待焊表面相互接觸，通過微觀塑性變形或通過待焊面產(chǎn)生的微量液相而擴大待焊面

2、的物理接觸，然后經(jīng)較長時間的原子相互擴散來實現(xiàn)冶金結(jié)合的一種焊接方法。在金屬不熔化的情況下，兩工件之間接觸距離達到（1～5）×10-8 CM以內(nèi)時，金屬原子間的引力才開始起作用。,原子間引力,將因摩擦生熱而軟化的變形阻力降低的2種母材的原子間距離縮近。若將接觸時的材料表面原子團在拉伸力 '引力' 的作用位置 (B) 縮近，直至該引力與反方向發(fā)出的互相作用力 '斥力' 處于平衡狀態(tài)的位置 (I)，

3、則完成接合。因此，需要在該金屬的熔點以下才能形成平衡狀態(tài)。即使在不同種類的金屬間，若能形成引力和斥力的平衡狀態(tài)也可完成接合。,擴散焊過程的三個階段：,第一階段變形和交界面的形成。在溫度和壓力的作用下，微觀凸起部位首先接觸和變形，在變形中表面吸附層被擠開，氧化膜被擠碎，凸點產(chǎn)生塑性變形，開始形成金屬鍵連接。第二階段晶界遷移和微孔的消除。原子擴散和再結(jié)晶的作用，開始形成焊縫。第三階段體積擴散，微孔和界面消失。原子擴散向縱深發(fā)展，在界面處

4、達到冶金連接。,擴散焊接的分類,同種材料擴散焊接異種材料擴散焊接過渡液相擴散焊接加中間層擴散焊接超塑性成形擴散焊接等靜壓擴散焊接。,1.3真空擴散焊工藝特點和應用范圍,材料的擴散焊是以“物理純”表面的主要特性之一為根據(jù)，該種表面由于開裂的原子鍵而具有“結(jié)合”能力。采用真空和其他凈化表面的方法之后，就有可能利用上述原子結(jié)合力，來連接兩個和兩個以上的表面，隨后表面上產(chǎn)生的擴散過程提高了這一連接的強度。真空擴散焊的焊接接頭的機械強

5、度、熱穩(wěn)定性、密封性、耐腐蝕性和彈都能滿足重要構(gòu)件的技術(shù)要求。應用范圍：用這種焊接方法，可以連接具有不同硬度、強度、相互潤濕的各種材料，其中包括異種金屬、陶瓷、金屬陶瓷，這些材料用熔化焊接方法焊接都不能得到良好效果。,1.4工藝參數(shù),均溫區(qū)尺寸、最高溫度、使用溫度、溫度均勻性、控溫精度、極限真空度、真空度、加熱功率。影響擴散過程和程度的主要工藝因素：溫度：影響擴散焊進程的主要因素是原子的擴散，影響原子擴散的主要因素是濃度梯隊和溫度

6、。擴散焊溫度一般高于1/2金屬熔化溫度0.6～0.8Tm（Tm母材熔點）。壓力：主要影響擴散焊第二階段。壓力過低表面層塑性變形不足0.5～50Mpa。時間：擴散焊需要較長的時間。時間過短，會導致焊縫中殘留有許多孔洞，影響接頭性能。,1.5接方法(系統(tǒng))設備與裝置組成,真空擴散焊設備——由真空室、加熱器、加壓系統(tǒng)、真空系統(tǒng)、溫度測控系統(tǒng)及電源等組成。,1.6擴散焊的應用,擴散焊是適用于航空、航天等高技術(shù)領域和新材料的連接需要而迅速發(fā)展

7、起來的一種精密連接方法。,2.摩擦焊,,2.1摩擦焊方法基本概念,摩擦焊(friction welding) 是以機械能為能源的固相焊接。摩擦焊是利用工件間相互摩擦產(chǎn)生的熱量使之達到塑性狀態(tài),同時頂鍛加壓而進行的焊接方法。車削工件時切屑往往牢牢地粘在刀頭上，軸與軸瓦之間潤滑不良時也會產(chǎn)生局部焊合，摩擦焊就是從這些現(xiàn)象出發(fā)而發(fā)明的。,2.2.1摩擦焊接的原理,摩擦壓接法是將2種母材對合使之相對旋轉(zhuǎn)運動，施加推力使接觸面因摩擦而產(chǎn)生熱量。

8、利用該熱量使對合面以及附近軟化，若達到一定的壓接溫度，則停止相對運動，再進一步增大壓接推力，利用原子間引力的作用進行2種母材的接合的方法。,2.2.2摩擦焊分類,連續(xù)摩擦焊 慣性摩擦焊徑向摩擦焊攪拌摩擦焊摩擦堆焊線性摩擦焊軌道摩擦焊圓形軌道摩擦焊,2.3.1摩擦焊的特點,接頭組織致密(氧化物和雜質(zhì)被去除);可焊接同種或異種金屬;不需焊接材料。摩擦焊時，熱量集中在接合面處，因此熱影響區(qū)窄。兩表面間須施加壓力，多數(shù)情況是在加熱

9、終止時增大壓力，使熱鈦金屬受頂鍛而結(jié)合，一般結(jié)合面并不熔化。摩擦焊生產(chǎn)率較高，原理上幾乎所有能進行熱鍛的金屬都能用摩擦焊焊接。摩擦焊還可用于異種金屬的焊接。主要適用于橫斷面為圓形的工件，最大直徑為100mm。,摩擦焊技術(shù)的主要優(yōu)點,接頭質(zhì)量好且穩(wěn)定。　效率高。節(jié)能、節(jié)材、低耗焊接性好?！…h(huán)保，無污染。,2.3.2應用范圍,目前我國摩擦焊技術(shù)的應用比較廣泛，可焊接直徑3.0～120mm的工件以及8000mm2的大截面管件，同時還開

10、發(fā)了相位焊和徑向摩擦焊技術(shù)，以及攪拌摩擦焊技術(shù)。,2.4影響焊接質(zhì)量的工藝參數(shù),摩擦焊的三個重要工藝參數(shù)：轉(zhuǎn)速：根據(jù)被焊材料和連接界面處焊縫的直徑來選擇。工件之間的壓力 ：在焊接過程中壓力是變化的。焊接剛開始時壓力很低，隨后壓力不斷增大，以產(chǎn)生足夠的摩擦熱，停止旋轉(zhuǎn)時，壓力迅速增大。焊接時間： 根據(jù)工件類型、形狀及接觸面積進行選擇通常是數(shù)秒或數(shù)十秒。,2.5焊接方法(系統(tǒng))設備與裝置組成,主系統(tǒng)軸：主要由主軸電動機、傳動帶、離合器、制動

11、器、軸承和主軸等組成，主軸系統(tǒng)傳送焊件所需的功率，并承受摩擦轉(zhuǎn)矩。,2.6應用實例,近年來隨著我國航空航天事業(yè)的發(fā)展，也加速了摩擦焊技術(shù)向這些領域的滲透，進行了航空發(fā)動機轉(zhuǎn)子、起落架結(jié)構(gòu)件、緊固件等材料以及金屬與陶瓷、復合材料、粉末高溫合金的摩擦焊工藝試驗研究，某些電工材料的釬焊工藝也開始用摩擦焊接所取代。,3、攪拌摩擦焊,,3.1攪拌摩擦焊方法基本概念,攪拌摩擦焊（Friction Stir Welding，簡稱FSW）是一種固相焊接

12、新技術(shù)，是英國焊接研究所（The WeldingInstitute，簡稱TWI）于1991年發(fā)明的，并于次年在英國申請了發(fā)明專利，同時陸續(xù)在世界各國申請了專利保護。得到專利保護并公開以來，攪拌摩擦焊技術(shù)首先并主要在鋁合金、鎂合金等輕金屬結(jié)構(gòu)領域得到越來越廣泛的應用，同時在高熔點材料領域也獲得了一定發(fā)展。,3.2攪拌摩擦焊工作原理,攪拌摩擦焊方法與常規(guī)摩擦焊一樣．攪拌摩擦焊也是利用摩擦熱作為焊接熱源。不同之處在于．攪拌摩擦焊焊接過程是由一

13、個圓柱體形狀的焊頭(welding pin)伸入工件的接縫處，通過焊頭的高速旋轉(zhuǎn)，使其與焊接工件材料摩擦，從而使連接部位的材料溫度升高軟化．同時對材料進行攪拌摩擦來完成焊接的。,3.3攪拌摩擦焊的特點,攪拌摩擦焊的優(yōu)點攪拌摩擦焊與傳統(tǒng)的焊接方法相比有著更多的優(yōu)點。(1)攪拌摩擦焊是一種固相連接技術(shù)，接頭性能優(yōu)異。(2)焊前不需要開坡口，可以節(jié)省焊前準備工時。(3)焊接過程中不需要保護氣，也不需要填充材料。(4)焊接過程容易實現(xiàn)自

14、動化，可以實現(xiàn)全位置焊接，接頭質(zhì)量一致性好。(5)焊接熱輸入小，從而導致焊接變形小、接頭殘余應力水平低，是一種低應力、小變形焊接技術(shù)。(6)焊接過程中無飛濺、無弧光、無輻射，是一種綠色焊接技術(shù)。(7)焊接效率高、能耗低，是一種高效焊接技術(shù)。攪拌摩擦焊技術(shù)的這一系列特點使其對于以鋁合金為代表的輕金屬結(jié)構(gòu)焊接具有非常重要的意義。,3.4.影響焊接質(zhì)量的工藝參數(shù),攪拌摩擦焊工藝參數(shù)主要有攪拌頭的旋轉(zhuǎn)速度R焊接速度V焊接壓力P攪拌

15、頭的傾角攪拌頭插入速度保持時間等。,3.5 .焊接方法(系統(tǒng))設備與裝置組成和性能指標,攪拌摩擦焊機分為攪拌頭、機械轉(zhuǎn)動系統(tǒng)、行走系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、工件夾緊機構(gòu)和剛性機架等。,3.6攪拌摩擦焊的應用,航天中攪拌摩擦焊技術(shù)的應用船舶中攪拌摩擦焊技術(shù)的應用交通運輸中攪拌摩擦焊技術(shù)的應用核工業(yè)中攪拌摩擦焊技術(shù)的應用,4.超聲波焊接Ultrasonic welding,4.1超聲波焊接方法基本概念超聲波焊接是利用高頻振動波傳遞到兩個

16、需焊接的物體表面，在加壓的情況下，使兩個物體表面相互摩擦而形成分子層之間的熔合。,4.2.1超聲波塑料焊接原理,超聲波作用于熱塑性的塑料接觸面時，會產(chǎn)生每秒幾萬次的高頻振動，這種達到一定振幅的高頻振動，通過上焊件把超聲能量傳送到焊區(qū)，由于焊區(qū)即兩個焊接的交界面處聲阻大，因此會產(chǎn)生局部高溫。又由于塑料導熱性差，一時還不能及時散發(fā)，聚集在焊區(qū)，致使兩個塑料的接觸面迅速熔化，加上一定壓力后，使其融合成一體。當超聲波停止作用后，讓壓力持續(xù)幾秒鐘

17、，使其凝固成型，這樣就形成一個堅固的分子鏈，達到焊接的目的，焊接強度能接近于原材料強度。,4.4影響焊接質(zhì)量的工藝參數(shù),焊接振幅 ：振幅是塑料在超聲波焊接時首要選擇的工藝參數(shù)。焊接壓力：在其他因素確定的情況下，焊接壓力在一定范圍內(nèi)也會對其焊接質(zhì)量產(chǎn)生影響。波焊接時首要選擇的工藝參數(shù)。焊接時間：實驗證明，要想得到良好的焊接效果，必須選擇適當?shù)暮附訒r間，過長和過短的焊接時間都會造成焊接強度的下降。焊頭下降速度 ：焊頭下降速度越快，達到

18、的焊接接頭強度越高。保壓時間和保壓壓力： 超聲波停止后，為了使焊接試樣相互緊貼固化，從而使兩工件能夠很好地焊接在一起，需要在一定時間內(nèi)保持一定的壓力，所需的時間和壓力就是保壓時間和保壓壓力。,4.5焊接方法(系統(tǒng))設備與裝置組成和性能指標,一套超聲波焊接系統(tǒng)的主要組件包括超聲波發(fā)生器，換能器/變幅桿/焊頭三聯(lián)組，模具和機架 。超聲波焊接機的組成，主要由以下5部分組成：控制系統(tǒng):控制系統(tǒng)由時間繼電器或集成電路時間定時器組成。氣動傳

19、動系統(tǒng)：包括有：過滹器、減壓閥、油霧器、換向器、節(jié)流閥、氣缸等。超聲波工具頭：工具頭，有帶振幅放大的和不帶振幅放大的兩種超聲波發(fā)生器：功率在500W以上的超聲波焊接機所用發(fā)生器采用自激式功率振蕩器，具有一定的頻率跟蹤能力。超聲波換能器：超聲波塑料焊接機用的聲學系統(tǒng)包括三個部分：驅(qū)動部分、固定部分和工作部分。,4.6典型零件的應用實例,針對所有的應用市場，超音波焊接其特有的優(yōu)點--快捷、高效、清潔和牢固，贏得了各行各業(yè)的認可。汽車