過去,缺乏耐高溫的混合頭
過去,缺乏耐高溫的混合頭
攪拌摩擦焊的優點是:(1)由于焊接可以在不熔化母材的情況下進行(固相焊接),焊接后變形和焊接缺陷少,因此可以提高產品質量,降低成本;(2)與熔焊相比節能;(3)不需要保護氣體;(4)噪音低,無灰塵。而且這種技術對于焊接異種材料也是非常有效的,所以引起了業界的極大關注,有望通過根據每個位置選擇合適的材料達到輕量化的效果*2。然而,正如本文開頭所介紹的,在大規模生產中可用于攪拌摩擦焊的材料僅限于低熔點金屬。
與液相焊——熔化焊熔化母材相比,攪拌摩擦焊具有較低的焊接溫度,因此通過設置焊接條件很容易控制焊接輸入熱量。因此容易減少金屬間化合物——的生成,導致焊接強度降低。通過減小金屬間化合物層的厚度,可以提高焊接部件的強度。在進行攪拌摩擦焊時,如果攪拌摩擦焊攪拌過度,也會產生大量的金屬間化合物。
攪拌摩擦焊過去僅限于低熔點金屬的原因是缺乏適合大規模生產的低成本、耐高溫的攪拌頭。鋁合金進行攪拌摩擦焊時,一般采用工具鋼等鋼材制成的攪拌頭。用這種攪拌頭焊接鋼、鈦合金等高熔點金屬時,攪拌頭會在能軟化這些金屬的高溫區軟化,導致攪拌頭磨損嚴重。雖然已經開發了由非鋼材料如陶瓷和鎢錸合金制成的混合頭,但是這些混合頭的價格非常高,不適合大規模生產。
鋼的新表面不用攪拌就能露出來
本田開發的攪拌摩擦焊接鋼和鋁合金技術用于連接鋼和鋁合金的重疊基材。它最大的特點是只攪拌鋁合金,不攪拌鋼(圖1下圖)。這樣,可以防止攪拌頭的溫度過高。
鋼和鋁合金不攪拌鋼就能焊接在一起的原因是鋼和鋁合金之間形成了金屬結合。也就是說,這項技術不攪拌鋼,而是去除鋼表面的涂層和氧化膜。通過這種方法,暴露出鋼的新表面,并在鋼和鋁合金之間形成金屬結合,通過攪拌提高其活性。這種金屬結合的存在使鋼和鋁合金融為一體。
水進入鋼和鋁合金之間后,發生雙金屬腐蝕(電偶腐蝕)。這項技術通過在鋼和鋁合金之間插入一層硅膜來防止這種現象。
本田在面向北美市場的新“雅閣”的前副車架上采用了這項技術,取得了各種效果(圖2)。具體來說,不僅重量比原來的鋼副車架減輕了25%,而且焊接時的功耗也降低了50%左右。此外,通過該技術改變了副車架和懸架的安裝部分的結構,并且安裝部分的剛度增加了20%,從而有助于車輛運動性能的改善。通過新材料拓展應用領域
另一方面,東北大學、制造有限公司和金屬精密儀器有限公司開發了能夠承受高溫的低價攪拌頭,從而擴大了攪拌摩擦焊的應用范圍(圖3)。攪拌頭所用材料由東北大學和制造有限公司聯合開發,該材料和攪拌頭(鑄件)的批量生產技術由制造有限公司和金屬精密有限公司成功開發.該攪拌頭可用于鋼、鈦合金、鋯合金等高熔點金屬的攪拌摩擦焊,計劃于2013年秋季上市。雖然金屬精密儀器表示“價格將在未來討論”,但估計將在可用于大規模生產水平的價格區間內設定。