現代制造業(yè)中先進焊接技術的應用
(作者未知) 2011/1/6
概要:
一、 激光焊接的應用
激光拼焊(Tailored Bland Laser Welding)技術在國外轎車制造中得到廣泛的應用,據統(tǒng)計,2000年全球范圍內剪裁坯板激光拼焊生產線超過100條,年產轎車構件拼焊坯板7000萬件,并繼續(xù)以較高速度增長。國內生產的引進車型Passat,Buick,Audi等也采用了一些剪裁坯板結構。日本以CO2激光焊代替了閃光對焊進行制鋼業(yè)軋鋼卷材的連接,在超薄板焊接的研究,如板厚100微米以下的箔片,無法熔焊,但通過有特殊輸出功率波形的YAG激光焊得以成功,顯示了激光焊的廣闊前途。日本還在世界上首次成功開發(fā)了將YAG激光焊用于核反應堆中蒸氣發(fā)生器細管的維修等[6],在國內蘇寶蓉等還進行了齒輪的激光焊接技術
20世紀80年代后期,千瓦級激光成功應用于工業(yè)生產,而今激光焊接生產線已大規(guī)模出現在汽車制造業(yè),成為汽車制造業(yè)突出的成就之一。德國奧迪、奔馳、大眾、瑞典的沃爾沃等歐洲的汽車制造廠早在20世紀80年代就率先采用激光焊接車頂、車身、側框等鈑金焊接,90年代美國通用、福特和克萊斯勒公司竟相將激光焊接引入汽車制造,盡管起步較晚,但發(fā)展很快。意大利菲亞特在大多數鋼板組件的焊接裝配中采用了激光焊接,日本的日產、本田和豐田汽車公司在制造車身覆蓋件中都使用了激光焊接和切割工藝,高強鋼激光焊接裝配件因其性能優(yōu)良在汽車車身制造中使用得越來越多,根據美國金屬市場統(tǒng)計,至2002年底,激光焊接鋼結構的消耗將達到70 000t比1998年增加3倍。根據汽車工業(yè)批量大、自動化程度高的特點,激光焊接設備向大功率、多路式方向發(fā)展。在工藝方面美國Sandia國家實驗室與Pratt Witney聯合進行在激光焊接過程中添加粉末金屬和金屬絲的研究,德國不萊梅應用光束技術研究所在使用激光焊接鋁合金車身骨架方面進行了大量的研究,認為在焊縫中添加填充余屬有助于消除熱裂紋,提高焊接速度,解決公差問題,開發(fā)的生產線已在奔馳公司的工廠投入生產。
二、 摩擦焊接技術的應用
摩擦焊是利用焊接接觸端面之間的相對運動所產生的摩擦熱及塑性變形熱,使接觸面及其近區(qū)達到粘塑性狀態(tài),并產生適當的宏觀塑性變形.通過兩側材料間的相互擴散來實現材料連接的.自從美國在1891年批準的第一個摩擦焊專利至今,摩擦焊接及相關加工方法已發(fā)展到了20多種.近年來為了適應新材料與新結構的應用,國內外在摩擦焊接及相關技術方面取得了重要進展,其中以線性摩擦焊,摩擦堆焊,攪拌摩擦焊,摩擦塞焊等摩擦焊接技術最具代表性.這些新穎的摩擦焊接技術不僅拓展了摩擦焊的應用范圍.而且提高了焊接部件的整體性能和可靠性.使那些難焊或不能焊的材料也能獲得高質量的焊縫.研究先進摩擦焊接技術具有重大的理論意義和工程應用價值. 1線性摩擦焊線性摩擦焊是利用被焊材料接觸面相對往復運動摩擦產生的熱效應實現焊接的.根據葉片,輪盤的工作條件選用不同的材料,使轉子結構的重量進一步降低.據稱,用于當前新研制戰(zhàn)斗機的發(fā)動機,如果不采用整體葉盤將是不可想象的事.普惠公司在為一22研制的9發(fā)動機中,全部風扇及高壓壓氣機轉子均采用了整體葉盤,第1級風扇工作葉片做成空心的,用線性摩擦焊將空心葉片連接到輪盤上.這是用線性摩擦焊來加工最先進的發(fā)動機整體葉盤的一例.圖2線性摩擦焊制造整體葉盤線性摩擦焊可用于非圓形截面構件的焊接,配置工裝夾具可焊接不規(guī)則的工件.因而應用前景廣闊.據英國焊接研究所(,ⅵ)的有關資料介紹,線性摩擦焊的潛在用途包括齒輪,鏈環(huán),汽車保險杠,行李箱蓋和地板塊等塑料部件,雙金屬葉片以及金屬與塑料的復合連接.目前,線性摩擦焊設備的造價還較高,故其應用范圍有限,研制開發(fā)低成本的線性摩擦焊設備是未來的發(fā)展方向.如,ⅵ正在與歐洲多家組織研究開發(fā)適用性更強的低成本線性摩擦焊技術.國內在線性摩擦焊方面的研究還較少,有待于進一步開發(fā).目前,我國航空工業(yè)總公司已將整體葉盤結構的線性摩擦焊技術列入了"航空制造技術中長期發(fā)展規(guī)劃"與"航空新結構制造技術預研計劃",這對于促進我國焊接制造技術的發(fā)展具有重要意義.可以預測,線性摩擦焊技術在2世紀必將得到廣泛推廣和應用問.2摩擦堆焊摩擦堆焊是常規(guī)摩擦焊熱效應與普通電弧焊焊條作用及運動方式的有機結合.基本原理如圖3所示.圖中為堆焊壓力,為耗材轉速,為橫向移動速度.消耗材料(即耗材)相對于母材高速旋轉.在一定的軸向壓力下與靜止的母材接觸并發(fā)生摩擦,摩擦一定時間后.接觸面上產生粘塑性變形金屬層.圖3摩擦堆焊示意圖由于耗材與母材的體積不同,導熱性不同,冷卻速度不同,最終使得摩擦界面兩側的溫度梯度產生顯著的差異【刀.母材一側的溫度梯度遠比耗材一側大得多.從而使耗材金屬過渡到母材上,當母材相對于耗(未完,下一頁)
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