技术领域
[0001] 本
发明涉及焊接方法领域,具体地说是一种线性
摩擦焊接方法。
背景技术
[0002] 线性摩擦焊接(Linear Friction Welding)是近年来得到快速发展的一种焊接方法,主要应用于
发动机整体叶盘和飞机框梁类零件的制造,焊件2夹持于振动滑台的夹具中在垂直方向上高频振动,常用振动
频率50Hz;焊件1安装于
工作台的夹具中,在
水平方向顶锻
力的作用下和焊件2端面
接触,在两个
工件的接触面上发生高频摩擦产生热量,随着
温度升高,接触面上的材料发生
软化、
变形,当变形达到一定程度时,快速停止振动,保证两个工件的上表面对齐,并施加水平方向的顶锻压力,将两个工件连接为一体,完成焊接过程。
[0003] 线性摩擦焊接过程中的
载荷主要有两个,一个是垂直于接触面的顶锻力,另一个是平行接触面的
摩擦力。以
钛合金材料的焊接为例,当焊接面积为1000mm2时,顶锻力约为70~100KN。随着焊接面积的增大,顶锻力随之正比增大。摩擦力约等于0.5~1倍的顶锻力。
[0004] 由于线性摩擦焊接的顶锻力和摩擦力非常大,并且存在高频振动,因此所需的线性摩擦焊接设备要有良好的强度和
刚度,设备主要包括:床身、水平
导轨、导轨滑
块、工作台、顶锻油缸
活塞杆、顶锻夹具、右侧工件、左侧工件、振动夹具。左侧工件安装在振动夹具上,振动夹具带着左侧工件沿着竖直方向高频振动。
[0005]
现有技术中的线性摩擦焊接方法和设备主要有三个方面的不足:(1)高频振动消耗功率大,
能量利用率较低;
线性摩擦焊需要振子高频振动,振子
质量越大,实现高频振动需要的激振力越大。以可提供最大15吨激振力的线性摩擦焊设备为例,常用振动频率50Hz,振幅~4mm,振子质量
230kg,高频振动需要的激振力F=(2*3.14*f)^2*A*m/10^7=(2*3.14*50)^2*4*230/10^7=9吨,也就是说,大部分功率被高频振动消耗了,能量利用率较低。
[0006] (2)焊接
精度差;焊接时,高频振动所需的压力油流量很大,必须选择大流量伺服
阀,但流量越大的阀,其阀口较大,对通过阀口的流量进行精密控制非常困难,从而导致焊件在振动方向的对正精度较差。以中型线性摩擦焊设备为例,其回零误差最大为±0.35mm,对于高精度产品,这样的回零精度不能满足产品技术要求。
[0007] (3)设备液压系统成本高。
[0008] 常规的线性摩擦焊接设备通常采用一套体积较大的大功率液压系统实现振动滑台的高频振动和顶锻夹具的顶锻运动,液压系统复杂,成本高。
发明内容
[0009] 本发明的目的就是解决以上技术中存在的问题,并为此提供一种线性摩擦焊接方法。该方法可以避免常规线性摩擦焊接中的高频振动,避免了高频振动所需的大功率,显著降低成本。
[0010] 为实现以上技术目的,本发明一种线性摩擦焊接方法,包括以下步骤:a、将待焊接的第一焊件和第二焊件放置就位,在第一焊件和第二焊件的接触面处插入长条形摩擦板,第一焊件被施加垂直于摩擦板平面的顶锻力,使得第一焊件和第二焊件将摩擦板压紧;
b、摩擦板在所在的平面内高速运动,摩擦板与第一焊件和第二焊件摩擦产生热量,使第一焊件和第二焊件接触面处材料软化;
c、将摩擦板从第一焊件和第二焊件之间抽出后,第一焊件和第二焊件在顶锻力驱动下接触到一起,第一焊件和第二焊件接触面处材料通过扩散作用结合为一体。
[0011] 作为优选,上面所述步骤b中,所述摩擦板的运动速度为80m/min~360m/min。
[0012] 作为优选,上面所述步骤a中,顶锻力产生的压强为0MPa~100MPa。
[0013] 和常规线性摩擦焊接相比,单向线性摩擦焊接方法与现有技术中常规的线性摩擦焊接工艺的详细对比见下表:由上述对比情况可以看出,本发明技术方案,需要的能耗更小,设备成本低,显著降低了工艺成本,又可显著减小振动,精确
定位容易实现,从而取得了更高的焊接精度。
附图说明
[0014] 图1示出了本发明一种线性摩擦焊接方法一个
实施例的结构示意图。
[0015] 图2示出了本发明一种线性摩擦焊接方法一个实施例采用ANSYS
软件进行变形及
飞边分布的模拟分析结果。
[0016] 图3示出了本发明一种线性摩擦焊接方法一个实施例采用ANSYS软件进行接触面的温度场数值模拟分析结果。
具体实施方式
[0017] 为了使本发明更容易被清楚理解,以下结合附图和实施例对本发明的技术方案作以详细说明。
[0018] 一种线性摩擦焊接方法,其特征在于包括以下步骤:a、将待焊接的第一焊件1和第二焊件2放置就位,在第一焊件1和第二焊件2的接触面处插入长条形摩擦板3,第一焊件1被施加垂直于摩擦板3平面的顶锻力,使得第一焊件1和第二焊件2将摩擦板3压紧;
b、摩擦板3在所在的平面内高速运动,摩擦板3与第一焊件1和第二焊件2摩擦产生热量,使第一焊件1和第二焊件2接触面处材料软化;
c、将摩擦板3从第一焊件1和第二焊件2之间抽出后,第一焊件1和第二焊件2在顶锻力驱动下接触到一起,第一焊件1和第二焊件2接触面处材料通过扩散作用结合为一体。
[0019] 上面所述步骤b中,所述摩擦板的运动速度参数可以根据实际情况、设备条件、材料种类及性能、工艺设计等情况而调节,例如,作为优选,摩擦板的运动速度范围可以为80m/min~360m/min。
[0020] 同理,上面所述步骤a中的顶锻力也可根据情况而调整,作为优选,顶锻力产生的压强范围可以为0MPa~100MPa。
[0021] 下面通过实施例对本发明技术方案做进一步阐释。
[0022] 实施例1:图1示出了本发明一种线性摩擦焊接方法一个实施例的结构示意图。将第一焊件1和第二焊件2将摩擦板3按照方法进行,由于没有设备对此方法进行试验,只能采用ANSYS软件进行数值模拟,模
型材料设置为TC4,摩擦顶锻力为10000kg,摩擦件运动速度设置为500mm/s。
[0023] 如图2所示,第一焊件1和第二焊件2的接触面上挤出飞边,单向摩擦焊过程的飞边与线性摩擦焊类似,不同的是,在摩擦板3前进方向前端,飞边较小,而在摩擦板3前进方向的后端飞边较大并且产生卷曲。前后端的飞边上也没有波纹痕的产生。
[0024] 接触面温度分布情况见图3:在摩擦进行了1s后,界面温度就达到了1000℃。温度分布状况也有与飞边分布类似的规律,在摩擦板3前进方向前端,比摩擦板3前进方向的后端温度低200℃左右,主要原因是摩擦板3前进方向的后端产热较大。
[0025] 以上数值模拟结果说明:采用单向线性摩擦焊接方法实现焊接,在理论上具有可行性,能够取得较好的工艺效果。
[0026] 以上所述,仅为本发明较佳的具体实施方式,但本发明的保护范围并不局限于此,任何熟悉
本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内,根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变,都应涵盖在本发明的保护范围之内。