搅拌摩擦焊的特点

焊接过程中不需要其他焊接消耗品,如焊条、焊丝、焊剂和保护气体。唯一的消耗是焊接混合头。

同时,由于搅拌摩擦焊的温度相对较低,焊后结构的残余应力或变形比熔焊小得多。特别是在铝合金薄板熔化焊接时,结构的面外变形非常明显。采用无变形焊接技术或焊后冷热定径技术都很麻烦,增加了结构的制造成本。

搅拌摩擦焊主要用于熔点较低的有色金属,如铝、铜等合金。这与搅拌头的选材和工作寿命有关。当然,这也与有色金属的熔化焊接相对困难有关,迫使人们在焊接有色金属时不得不寻找非熔化焊接方法。对于延展性好、易塑性变形的黑色材料,也可以通过辅助加热或利用其超塑性来实现搅拌摩擦焊,但要看熔焊和搅拌摩擦焊哪个技术经济指标更合理。

搅拌摩擦焊已成功应用于有色金属的连接,但由于焊接方法的限制,仅限于结构简单的构件的焊接,如直形结构或圆柱形结构,焊接过程中工件应具有良好的支撑或缓冲。原则上,搅拌摩擦焊可以在各种位置进行,如平焊、立焊、仰焊和俯卧焊;它可以完成对接、角接、搭接等多种形式的焊接接头,甚至是变厚度、多层材料结构的连接,也可以焊接异种金属材料。

另外,搅拌摩擦焊作为一种固态焊接方法,在焊接前和焊接过程中对环境的污染很小。焊接前,工件不需要严格的表面清理准备要求。焊接时的摩擦和搅拌可以去除工件表面的氧化膜,焊接时没有烟尘和飞溅,噪音低。由于搅拌摩擦焊仅依靠焊头的旋转和移动来逐渐实现整个焊缝的焊接,因此比熔焊甚至常规摩擦焊更节能。

因为摩擦搅拌焊接过程中的热量输入小于熔焊过程中的热量输入,所以在接头处没有金属熔化。它是一种固态焊接工艺,可以保持合金中母材的冶金性能,可以焊接金属基复合材料、快速凝固材料以及其他采用熔焊时会产生不良反应的材料。其主要优点如下:

(1)焊接接头热影响区显微组织变化小,残余应力低,焊接工件不易变形。

(2)可一次完成长焊缝、大截面、不同位置的焊接。接缝高度:

(3)操作过程便于实现机械化和自动化,设备简单,能耗低,功效高,对工作环境要求低;

(4)焊接铝合金时无需加焊丝、焊前去除氧化膜和保护气体,成本低;

(5)可焊接热裂纹敏感材料,适用于异种材料的焊接;

(6)焊接过程安全、无污染、无烟、无辐射等。

搅拌摩擦焊也有一些缺点:被焊工件必须刚性固定,反面要有底板;焊后用搅拌探头将工件吊出时,在焊缝端部形成一个小孔,焊缝很难修复:工装设计、工艺参数和机械性能数据只在有限的合金范围内可用;在某些情况下,如特殊领域需要考虑腐蚀性能、残余应力和变形时,性能需要进一步提高才能实际应用;一遍连接板材时,焊接速度不是很高:搅拌头磨损过快。