銅合金攪拌摩擦焊過程中攪拌頭磨損機(jī)理

中航工業(yè)北京賽福斯特技術(shù)有限公司（中國攪拌摩擦焊中心）是中國攪拌摩擦焊技術(shù)先鋒和開拓者,秉持“航空報(bào)國、強(qiáng)軍富民”的主體理念,已成功實(shí)現(xiàn)我國大型飛機(jī)機(jī)身結(jié)構(gòu)、油箱、口蓋、地板結(jié)構(gòu)、新型戰(zhàn)斗機(jī)艙體、機(jī)翼結(jié)構(gòu)和雷達(dá)冷板等部件的攪拌摩擦焊接,大幅提升了我國武器裝備的制造技術(shù)水平。

中航工業(yè)北京賽福斯特技術(shù)有限公司（中國攪拌摩擦焊中心）是中國攪拌摩擦焊技術(shù)先鋒和開拓者,秉持“航空報(bào)國、強(qiáng)軍富民”的主體理念,已成功實(shí)現(xiàn)我國大型飛機(jī)機(jī)身結(jié)構(gòu)、油箱、口蓋、地板結(jié)構(gòu)、新型戰(zhàn)斗機(jī)艙體、機(jī)翼結(jié)構(gòu)和雷達(dá)冷板等部件的攪拌摩擦焊接,大幅提升了我國武器裝備的制造技術(shù)水平。

中航工業(yè)北京賽福斯特技術(shù)有限公司（中國攪拌摩擦焊中心）是中國攪拌摩擦焊技術(shù)先鋒和開拓者,秉持“航空報(bào)國、強(qiáng)軍富民”的主體理念,已成功實(shí)現(xiàn)我國大型飛機(jī)機(jī)身結(jié)構(gòu)、油箱、口蓋、地板結(jié)構(gòu)、新型戰(zhàn)斗機(jī)艙體、機(jī)翼結(jié)構(gòu)和雷達(dá)冷板等部件的攪拌摩擦焊接,大幅提升了我國武器裝備的制造技術(shù)水平。

攪拌摩擦焊是一種新型固相塑性連接方法,它的出現(xiàn)為銅的焊接提供了一種新的工藝.對紫銅的攪拌摩擦焊工藝進(jìn)行了研究,通過工藝試驗(yàn),對其焊縫成形、接頭組織形態(tài)及其力學(xué)性能進(jìn)行了分析.研究結(jié)果表明,攪拌摩擦焊接紫銅時(shí)應(yīng)選用攪拌頭旋轉(zhuǎn)速度在400~700r/min,焊接速度為35~60mm/min;從顯微組織角度,由于接頭主要發(fā)生了動(dòng)態(tài)再結(jié)晶,焊接接頭沒有熱力影響區(qū),而是三個(gè)區(qū),即焊核區(qū)、熱影響區(qū)、母材區(qū).研究還發(fā)現(xiàn)用攪拌摩擦焊得到的銅接頭出現(xiàn)了明顯的軟化現(xiàn)象,接頭的機(jī)械性能比母材低,但比熔化焊得到的接頭性能要高,其平均抗拉強(qiáng)度可達(dá)到母材的80%.

攪拌摩擦焊具有熔化焊接無法比擬的優(yōu)點(diǎn)，因此鋁合金攪拌摩擦焊引起國內(nèi)外學(xué)者的廣泛關(guān)注。本文主要介紹了攪拌摩擦焊的工作原理和接頭性能影響因素．詳細(xì)介紹了國內(nèi)外鋁合金攪拌摩擦焊接頭微觀組織、接頭力學(xué)性能和塑性流動(dòng)機(jī)理以及攪拌摩擦焊焊接缺陷修補(bǔ)技術(shù)，指出了在塑型金屬流動(dòng)方面存在的不足，還需要進(jìn)一步研究焊接接頭質(zhì)量的評定方法和攪拌摩擦焊接頭缺陷的修補(bǔ)技術(shù)。

攪拌摩擦焊是一種由英國焊接研究所研發(fā)的固相新型焊接方式。低的焊接溫度、小的熱輸入量、接頭強(qiáng)度較高以及在攪拌摩擦焊接過程中金屬材料不發(fā)生變化,這些優(yōu)點(diǎn)使得攪拌摩擦焊比其他的傳統(tǒng)熔化焊更易于推廣。從攪拌摩擦焊在焊接過程中的攪拌頭和焊接工藝方面出發(fā),研究攪拌摩擦焊的成型規(guī)律。

結(jié)合攪拌摩擦焊發(fā)展現(xiàn)狀，本文主要對攪拌摩擦焊攪拌頭領(lǐng)域?qū)＠M(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，包括申請量、主要申請人、專利申請態(tài)勢分布、進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，對攪拌摩擦焊用攪拌頭的技術(shù)背景和應(yīng)用領(lǐng)域的發(fā)展作了簡單歸納介紹，提出專利分析可以作為一種技術(shù)路線分析的手段，指引后續(xù)創(chuàng)新方向。

結(jié)合攪拌摩擦焊發(fā)展現(xiàn)狀，本文主要對攪拌摩擦焊攪拌頭領(lǐng)域?qū)＠M(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，包括申請量、主要申請人、專利申請態(tài)勢分布、進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，對攪拌摩擦焊用攪拌頭的技術(shù)背景和應(yīng)用領(lǐng)域的發(fā)展作了簡單歸納介紹，提出專利分析可以作為一種技術(shù)路線分析的手段，指引后續(xù)創(chuàng)新方向。

本文從鋼攪拌摩擦焊攪拌頭受力分析、失效形式、材料選擇等方面對鋼攪拌摩擦焊攪拌頭研究進(jìn)展進(jìn)行介紹和分析，

t2純銅大載荷超低速攪拌摩擦焊接頭強(qiáng)韌化機(jī)理 許楠，梁慶津，周璐，包曄峰 (河海大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院，常州213022) 摘要：采用大載荷超低速攪拌摩擦焊工藝對2mm厚的t2純銅進(jìn)行焊接，利用光學(xué)顯微鏡、掃描/透射電子顯微 鏡、電子背散射衍射、硬度測試以及靜拉伸試驗(yàn)對焊接接頭的微觀組織和力學(xué)性能進(jìn)行研究.結(jié)果表明，焊接熱循 環(huán)得到顯著改善，有效抑制了由焊后余熱帶來的退火軟化作用，徹底消除熱影響區(qū).攪拌區(qū)由含有大量孿晶組織的 超細(xì)晶構(gòu)成，攪拌區(qū)抗拉強(qiáng)度和斷后伸長率分別較母材提高了94%和69%.文中提供了一種簡單有效的方法，可 同時(shí)提高純銅攪拌摩擦焊攪拌區(qū)的強(qiáng)度和韌性. 關(guān)鍵詞：純銅；攪拌摩擦焊；再結(jié)晶；微觀組織；力學(xué)性能 中圖分類號(hào)：tg457.1文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：adoi：10.12073/j.

攪拌摩擦焊具有熔化焊接無法比擬的優(yōu)點(diǎn),因此鋁合金攪拌摩擦焊引起國內(nèi)外學(xué)者的廣泛關(guān)注。本文主要介紹了攪拌摩擦焊的工作原理和接頭性能影響因素,詳細(xì)介紹了國內(nèi)外鋁合金攪拌摩擦焊接頭微觀組織、接頭力學(xué)性能和塑性流動(dòng)機(jī)理以及攪拌摩擦焊焊接缺陷修補(bǔ)技術(shù),指出了在塑型金屬流動(dòng)方面存在的不足,還需要進(jìn)一步研究焊接接頭質(zhì)量的評定方法和攪拌摩擦焊接頭缺陷的修補(bǔ)技術(shù)。

攪拌摩擦焊是一種依靠攪拌頭與被焊金屬之間的摩擦來實(shí)現(xiàn)焊接的焊接方法,二者之間的摩擦系數(shù)直接影響到最終的焊接效果。本試驗(yàn)對ly12鋁合金摩擦系數(shù)隨溫度等因素的變化情況進(jìn)行了研究,試驗(yàn)結(jié)果表明:由于溫度對鋁合金的表面狀態(tài)的影響非常大,所以鋁合金的摩擦系數(shù)在高溫下的變化也很大。通過試驗(yàn)數(shù)據(jù)建立了ly12鋁合金與高速鋼的摩擦系數(shù)與溫度之間的關(guān)系曲線,發(fā)現(xiàn)二者之間的摩擦系數(shù)隨溫度的增加先增大,達(dá)到金屬的熔點(diǎn)下限后開始減小。并且對ly12鋁合金攪拌摩擦焊焊接過程中的摩擦行為進(jìn)行了分析。

結(jié)合攪拌摩擦焊發(fā)展現(xiàn)狀，本文主要對攪拌摩擦焊攪拌頭領(lǐng)域?qū)＠M(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，包括申請量、主要申請人、專利申請態(tài)勢分布、進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，對攪拌摩擦焊用攪拌頭的技術(shù)背景和應(yīng)用領(lǐng)域的發(fā)展作了簡單歸納介紹，提出專利分析可以作為一種技術(shù)路線分析的手段，指引后續(xù)創(chuàng)新方向。

選用yg8硬質(zhì)合金作為摩擦頭材料進(jìn)行低碳鋼的攪拌摩擦焊試驗(yàn)。采用游標(biāo)卡尺測量工具、x射線衍射儀和能譜儀等分析摩擦頭在焊接過程中的主要失效形式。結(jié)果表明,yg8硬質(zhì)合金摩擦頭在低碳鋼的攪拌摩擦焊過程中的主要失效形式為機(jī)械磨損、氧化剝落、攪拌針脆性斷裂和軸肩變形失效等。引起失效的主要原因是摩擦頭長時(shí)間的高溫高壓摩擦,導(dǎo)致粘結(jié)相co分布不均勻或部分?jǐn)U散流失,嚴(yán)重破壞了硬質(zhì)合金的骨架模型;失效后摩擦頭組織中出現(xiàn)了游離碳和硬脆相co6w6c,減弱粘結(jié)相co對基體相碳化鎢的固溶強(qiáng)化作用,最終導(dǎo)致摩擦頭的硬度、強(qiáng)度和耐磨性等下降。

采用差示掃描量熱法研究了2024-t35l鋁合金攪拌摩擦焊接過程中時(shí)效相回溶或粗化的相對值,給出了一種定量研究攪拌摩擦焊接過程中時(shí)效相行為的方法。結(jié)果表明:相對于母材,焊縫不同區(qū)域時(shí)效相的回溶或粗化值可通過公式f=s_x/s_(bm)-1來計(jì)算;當(dāng)攪拌摩擦焊攪拌頭轉(zhuǎn)速為700r·min~(-1),焊接速度為200mm·min~(-1)時(shí),2024-t351鋁合金焊縫軸肩作用區(qū)的s相對于母材的回溶值為23.3%,同時(shí)硬度相對于母材下降了23.8%;s相發(fā)生回溶或粗化主要取決于焊接熱量的高低。

國內(nèi)對攪拌摩擦焊焊接參數(shù)(如進(jìn)給速度、旋轉(zhuǎn)速度)的研究比較多,但對工藝傾角的研究很少。本文采用攪拌摩擦焊方法對2519鋁合金進(jìn)行了焊接試驗(yàn),結(jié)果表明,工藝傾角也是影響焊縫質(zhì)量的關(guān)鍵性因素,工藝傾角在3°~5°區(qū)間時(shí),呈現(xiàn)出較好的焊縫性能,小于3°或大小5°,焊縫性能較差。

熱電偶測溫和紅外儀測溫都是現(xiàn)代測溫技術(shù)中的主要測溫方法。但由于熱電偶測溫的滯后性和紅外儀測溫易受發(fā)射率影響的原因,測溫的準(zhǔn)確度難以提高。在基于攪拌摩擦焊接動(dòng)態(tài)測溫試驗(yàn)基礎(chǔ)上,本文提出了一種根據(jù)熱電偶測溫原理對熱電偶測溫動(dòng)態(tài)誤差進(jìn)行校正的方法,并通過紅外儀測溫對校正結(jié)果進(jìn)行了檢驗(yàn),取得了較理想的結(jié)果,對提高測溫準(zhǔn)確度具有一定的意義。

對t2紫銅的攪拌摩擦焊技術(shù)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究,對其基本工藝、接頭組織和性能等進(jìn)行了初步分析。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,用攪拌摩擦焊方法焊接6mm厚的t2紫銅板,當(dāng)焊接規(guī)范合適時(shí),可得到成形美觀、內(nèi)部無缺陷、幾乎不變形的平板對接接頭;攪拌摩擦焊接頭的抗拉強(qiáng)度可達(dá)母材的90%;攪拌摩擦焊接頭的電阻率與母材基本相同。

新型高性能飛機(jī)的研制在制造技術(shù)方面促進(jìn)了攪拌摩擦焊技術(shù)在飛機(jī)制造中的應(yīng)用和發(fā)展,適合于飛機(jī)不同材料和結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)使攪拌摩擦焊演繹出了多種不同的新型攪拌摩擦焊技術(shù),如攪拌摩擦點(diǎn)焊技術(shù)、雙軸肩攪拌摩擦焊技術(shù)和函數(shù)曲線攪拌摩擦焊技術(shù)等,這些技術(shù)已經(jīng)在多種飛機(jī)結(jié)構(gòu)中得到工程化應(yīng)用。攪拌摩擦焊技術(shù)的日漸成熟和發(fā)展將逐漸匯入新型飛機(jī)制造的主旋律中。

文章主要講述了攪拌摩擦焊的工作原理、特點(diǎn)以及發(fā)展現(xiàn)狀;講述了在工業(yè)純銅、紫銅接頭中使用這項(xiàng)技術(shù)的可行性,同時(shí)對這項(xiàng)技術(shù)在電機(jī)設(shè)備加工生產(chǎn)業(yè)中的發(fā)展前途做了初步的研究。

近日，我國首個(gè)全攪拌摩擦焊貯箱通過強(qiáng)度考核。這是中國航天科技集團(tuán)公司一院211廠為滿足重點(diǎn)型號(hào)的特殊結(jié)構(gòu)需求而研制的首個(gè)全攪拌摩擦焊貯箱，同時(shí)也是全國首個(gè)全攪拌摩擦焊貯箱。

傳統(tǒng)鋁合金焊接技術(shù)因?yàn)殇X合金的材料特性,在高溫下焊接熔化,冷卻后容易變形。攪拌摩擦焊是一種新型固相連接技術(shù),其焊接后變形小、質(zhì)量好、力學(xué)性能好。本文介紹了攪拌摩擦焊的焊接方法技術(shù)和基本原理,以及攪拌摩擦焊在船舶制造業(yè)中的應(yīng)用和目前使用中存在的問題。