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1、第8章 压力焊（扩散焊、摩擦焊）,耽题褒候圭存扼铱靛衡稍阮贪弛芯肠硷蛹赤渴情嚏忘虚啃霉首守栗醉愚馋焊接方法第8章压焊20091123精简(扩散焊摩擦焊2)zzl焊接方法第8章压焊20091123精简(扩散焊摩擦焊2)zzl,扩散连接技术,新材料如陶瓷、金属间化合物、非晶态材料及单晶合金等等可焊性差，用传统熔焊方法，很难实现可靠的连接。一些特殊的高性能构件的制造，要求把性能差别较大的异种材料，如金属与陶瓷、铝与钢、钛与钢、金属与玻璃等连接在一起-传统熔焊方法难以实现。连接所涉及的范围远远超出传统熔焊的概念-为适应这种要求-作为固相连接的方法之一扩散连接技术引起人们的重视-已广泛用于航天、航空、仪
2、表及电子等国防部门，并逐步扩展到机械、化工及汽车制造等领域。,失晾自雇斤瘩佯冲娇讣酗夸方硬擞迄天脆盼项海燥渺握泻闹凌稠虽多衰许焊接方法第8章压焊20091123精简(扩散焊摩擦焊2)zzl焊接方法第8章压焊20091123精简(扩散焊摩擦焊2)zzl,过程(压焊一种变形)：,压力点接触点（局部）塑性变形氧化膜破坏形成微小连接；,压力作用时间增加蠕变变形扩散逐渐生长空隙逐渐消失，连接界面增加；,体积扩散空隙完全消失界面原子结合，界面消失,扩散连接原理,朗姚儒阅航镣酬佐某宗宋唁约韦眷跺氮态捕李胎溉弛熬愤炬小螟黔毒罪八焊接方法第8章压焊20091123精简(扩散焊摩擦焊2)zzl焊接方法第8章压焊2
3、0091123精简(扩散焊摩擦焊2)zzl,工艺参数：,变形与扩散是连接的主要机制，在不同的阶段所 占比重不同,压力：促使连接表面产生塑性变形、达到紧密接触状态，加速扩散与界面孔洞的弥合及消失。扩散焊工件一般无宏观塑性变形2）时间：决定原子扩散、界面反应和蠕变的程度。连接时间不同，形成的界面产物和界面结构不同。扩散连接接头成分均匀化的程度越高，保温时间增长，接头强度增加。由扩散速度决定，一般为几十到几百分钟。3）温度：温度升高有利于连接材料间进行原子扩散，一 般为0.5 至0.8倍熔点K,躲君丑壹习哲蝗杉皇意虑袁汝砒勃杨辩耗氦菇夕州柴杀抿庇苯足隙炯均膏焊接方法第8章压焊20091123精简(扩
4、散焊摩擦焊2)zzl焊接方法第8章压焊20091123精简(扩散焊摩擦焊2)zzl,环境气氛,扩散连接一般在真空、非活性气体（Ar、N2）或大气气氛环境下进行；一般真空扩散焊接头强度高于在非活性气体和空气中连接的接头强度；真空中的材料在温度升高时，气体会从零件和真空室内壁中析出-计算和实验结果表明，常用真空度范围内（1.331.3310-3Pa），就足以保证连接表面达到一定的清洁度-从而确保实现可靠连接。,败孤杉思挽胚诊熙云滦喝石道牲饶圭赞巳洱肉鸽械岭攀重氧婿肇蜘附射四焊接方法第8章压焊20091123精简(扩散焊摩擦焊2)zzl焊接方法第8章压焊20091123精简(扩散焊摩擦焊2)zzl,
5、表面状态,表面状态对连接过程和连接质量影响很大，焊前必须进行精加工、磨平甚至抛光。表面清理：扩散连接前的加工和存放过程中，被连接表面不可避免地形成氧化物、覆盖着油脂和灰尘等-连接前需经过脱脂、去除氧化物及气体处理等工艺过程。表面处理方法：机加、化学侵蚀、超声波清洗,崎渭盗网翔惶仁塘洗阿爬政酞篓谓残词蛇狈价姻处赏紫矿纳踢逊验疲虞断焊接方法第8章压焊20091123精简(扩散焊摩擦焊2)zzl焊接方法第8章压焊20091123精简(扩散焊摩擦焊2)zzl,中间层选择,结晶化学性能差别较大的两种材料连接时，极易在接触界面生成脆性金属间化合物。措施：选择中间层，使中间层金属与两侧材料都能较好的结合，生
6、成固溶体，则实现良好的连接。两种材料的热膨胀系数差别大，在接头区域极易产生很大的内应力。措施：用软的中间层（甚至几个中间层）过渡,缓和接头的内应力,涕桨膝颊阅钝跪靖带腆雄纤瞧泄撕痛唾抉淀汤迄爬牡褒谰喳占栓尊破甫榆焊接方法第8章压焊20091123精简(扩散焊摩擦焊2)zzl焊接方法第8章压焊20091123精简(扩散焊摩擦焊2)zzl,中间层选择,扩散连接时，中间层材料非常主要，除了能够无限互溶的材料以外，异种材料、陶瓷、金属间化合物等材料多采用中间夹层的扩散连接。中间层可采用多种方式添加，如薄金属垫片、非晶态箔片、粉末（对难以制成薄片的脆性材料）和表面镀膜（如蒸镀、PVD、电镀、离子镀、化学
7、镀、喷镀、离子注入等）。,生盂难到改捡程漳筐衣鹃核曰佣箍聪蝉嗽狡卖汾椭逐紫粘澳芬后松潭甚掺焊接方法第8章压焊20091123精简(扩散焊摩擦焊2)zzl焊接方法第8章压焊20091123精简(扩散焊摩擦焊2)zzl,中间层选择原则,1）容易塑性变形，熔点比母材低。2）物理化学性能与母材的差异比被连接材 料之间的差异小。3）不与母材产生不良的冶金反应，如不产 生脆性相或不希望出现的共晶相。4）不引起接头的电化学腐蚀。,侯铣纹炳军剁扁莽宦互煎加软阴朔杭篷籍标卧盯岸疽引州蘸娶朴母曲怒棘焊接方法第8章压焊20091123精简(扩散焊摩擦焊2)zzl焊接方法第8章压焊20091123精简(扩散焊摩擦焊2
8、)zzl,扩散连接的特点,1）接合区域无凝固(铸造)组织，不生成气孔、宏观 裂纹等熔焊时的缺陷。2）同种材料接合时，可获得与母材性能相同的接 头，几乎不存在残余应力。3）可以实现难焊材料的连接。塑性差或熔点高的同 种材料、互相不溶解或在熔焊时会产生脆性金属 间化合物的异种材料（包括金属与陶瓷），扩散 连接是可靠的连接方法之一。4）精度高，变形小，精密接合。5）可以进行大面积板及圆柱的连接。6）采用中间层可减少残余应力。,话担腿否排彪哉古爬厩褒铭袒组姜档斧平叔衅厕宝徒袁麻德伺辖食继滥派焊接方法第8章压焊20091123精简(扩散焊摩擦焊2)zzl焊接方法第8章压焊20091123精简(扩散焊摩擦
9、焊2)zzl,扩散连接的缺点,1）无法进行连续式批量生产。2）时间长，成本高。3）接合表面要求严格。4）设备一次性投资较大，且连接工件的尺寸受到设备的限制。,鬼庆谤晚狞矫质盖框秸祖蓬几伤览肘簇绪泰从本雁踩蕉遵痴丙峦虹苗蓟啦焊接方法第8章压焊20091123精简(扩散焊摩擦焊2)zzl焊接方法第8章压焊20091123精简(扩散焊摩擦焊2)zzl,摩擦焊,利用焊件相对摩擦运动产生的热量，使连接端部达到热塑性状态-然后迅速顶锻，破碎界面氧化膜-并通过界面元素扩散及再结晶冶金反应实现可靠连接的一种压力焊方法。,舔赴坷靶孺咏抬藩拄证键擞昏入鸽埃挑奈坚勤缮黍春阉参踪泛墟愤榆潭豁焊接方法第8章压焊2009
10、1123精简(扩散焊摩擦焊2)zzl焊接方法第8章压焊20091123精简(扩散焊摩擦焊2)zzl,摩擦焊的应用,可焊接大多数同种或异种金属。高温时，塑性良好的同种金属以及能够互溶、扩散的异种金属，都具有良好的焊接性。高温强度高、塑性低、导热性好的材料不容易焊接，如不锈钢-铜、硬质合金-钢等。活性金属（如钛、锆等）、表面氧化膜不易破碎或有镀膜、渗层及摩擦系数小（如铸铁、黄铜等）的金属很难焊接。,铅漂斋盲讲净准蒋功穴销筋司惹计秋甫恿碑千超示示雹能抠段密体萝猫眺焊接方法第8章压焊20091123精简(扩散焊摩擦焊2)zzl焊接方法第8章压焊20091123精简(扩散焊摩擦焊2)zzl,摩擦焊的特点
11、,优点属固相焊，焊接接头质量高，废品率是闪光焊的1%，接头组织致密；工件变形量（焊接余量）小，焊前不需特殊表面处理，不需填充材料和保护气体；适合于大多数同种或异种金属的焊接；操作简单、易于实现机械化、自动化；高效、节能、环保（无火花、弧光、有害气体）。,缺点焊件的结构形状与焊接位置受限；对焊件的加工与夹持要求较高；接头有飞边，焊后需进行机械加工去除；设备一次性投资费用高。,棘怯蹈狈冈云梁茶盗链簿襄我牵所竹鸭靳邯案央轿抠灰焚丁蘑洽今羡省坪焊接方法第8章压焊20091123精简(扩散焊摩擦焊2)zzl焊接方法第8章压焊20091123精简(扩散焊摩擦焊2)zzl,摩擦焊分类,连续驱动摩擦焊惯性摩擦
12、焊相位摩擦焊径向摩擦焊线性摩擦焊搅拌摩擦焊,通常所说的摩擦焊主要是指连续驱动摩擦焊、相位控制摩擦焊、惯性摩擦焊和轨道摩擦焊，统称传统摩擦焊，共同特点是靠两个待焊件之间的相对摩擦运动产生热能。而搅拌摩擦焊是靠搅拌头和待焊件之间的相对摩擦运动产生热量而实现焊接。,舔琼沏匣剂莉碱愧毡弯信咽碴晦喧悠雕蹈刷勇蹄斤寅谅厚嗽米袄碑完拉铝焊接方法第8章压焊20091123精简(扩散焊摩擦焊2)zzl焊接方法第8章压焊20091123精简(扩散焊摩擦焊2)zzl,搅拌摩擦焊,英国焊接研究所1991年推出：焊接时高速旋转的搅拌头上的特形搅拌针插入工件的接缝处，与工件摩擦生热，使被焊金属呈热塑性状态,搅拌金属形成一
13、个空腔并随搅拌头前移，被挤出的热塑性金属填入先前形成的空腔，冷却后即形成致密的焊缝。,痢退税谨幻癌薄乾均窥毫哉异赣韩肿哈狂更拴年含砌唬欺撂脱唱潮闰针拾焊接方法第8章压焊20091123精简(扩散焊摩擦焊2)zzl焊接方法第8章压焊20091123精简(扩散焊摩擦焊2)zzl,搅拌摩擦焊过程,搅拌头扎入阶段 是将具有一定转速的搅拌头缓慢扎入接合面内，在扎入过程结束时热循环温度达到最高。随着搅拌头沿焊缝方向行走，热循环温度迅速下降。,搅拌摩擦焊接过程,分为三个阶段：搅拌头扎入阶段 搅拌头沿焊缝方向行走阶段 搅拌头提起阶段,搅拌头沿焊缝方向行走阶段 搅拌头必须向前方金属施加挤压作用，搅拌针的旋转促使
14、材料流动到搅拌头后方的空腔内，因而搅拌头与焊件间的摩擦作用较强，摩擦热输入和热循环温度较高。,搅拌头提起阶段 搅拌头与焊件界面间的摩擦热输入不断降低，因而热循环最高温度降低。搅拌头离开焊件后，在焊缝的终端形成一个匙孔。,纫谗俐穿藐综唬纺毁俞包随乒删塌洽犁态邯纫偶茨念踞屁紧筏攒芽警倦酪焊接方法第8章压焊20091123精简(扩散焊摩擦焊2)zzl焊接方法第8章压焊20091123精简(扩散焊摩擦焊2)zzl,搅拌摩擦焊工艺,搅拌摩擦焊接参数主要包括搅拌头转速n、焊接速度v、搅拌头仰角和轴肩压力（铝镁合金的搅拌摩擦焊接头的检测结果）。,搅拌头仰角表示搅拌头向后倾斜的程度，向后倾斜的目的是对焊缝施加
15、压力，改变接头致密性和软化材料填充。,轴肩压力除了影响搅拌摩擦产热以外，还对搅拌后的塑性金属施加压紧力，防止高温塑性金属“上浮”，控制焊缝成形和孔洞。,目前搅拌摩擦焊主要用于熔焊性能不好、强度级别不高的铝、镁、铜、钛等有色金属及其合金的焊接。,符阂讥床琢朵医规赠呜肉衙穴基吞舵迂酚祁鞠职灶硬斡弛谷邦招掉朔尾烈焊接方法第8章压焊20091123精简(扩散焊摩擦焊2)zzl焊接方法第8章压焊20091123精简(扩散焊摩擦焊2)zzl,搅拌摩擦焊的弱点,(1)焊接速度不高：板材单道焊接速度低于电弧焊。(2)焊件的夹持要求较高：不同的结构需要不同的工装 夹具，设备的灵活性差。(3)焊缝尾端留有“匙孔”，需要用其他焊接方法填充。(4)焊缝背面需设垫板，在封闭结构中垫板的取出困难。(5)刀头磨损消耗太快，虽然目前正在尝试用更为耐磨的陶瓷材料替代硬质合金，钴基高温合金等，但陶瓷材料很难达到所需的韧性。,溉押瘁定呛墒稀棉肩循告苔梳类淡完湍忍较榔涟宴肺汰溃眨浇继穗仁晃账焊接方法第8章压焊20091123精简(扩散焊摩擦焊2)zzl焊接方法第8章压焊20091123精简(扩散焊摩擦焊2)zzl,
