铝合金薄板机器人搅拌摩擦焊接工艺研究

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研究

毕业论文

1引言.1

1.1搅拌摩擦焊的应用.1

1.2搅拌摩擦焊概述..2

1.3搅拌摩擦焊发展现状3

1.5搅拌摩擦焊优缺点.4

1.6研究方案5

2实验材料及过程.6

2.2焊接装置6

2.3焊接准备8

2.4焊接实验8

2.5焊缝宏观表面分析.9

2.6抗拉强度测试.10

2.7金相制备..14

2.8搅拌摩擦焊的展望16

3结果分析..17

结论19

致谢..20

参考文献21
1 引言最早修补或连接金属的方法是公元前 3000多年前埃及的锻焊的技术，我们也在殷商时期使用锻焊制造兵器。此后我们发明了各种各样的焊接方法。现代焊接的开端始于 1801年英国H.Davy 发现电弧焊，之后我们都在寻找各式各样的焊接方式。从热源上分有用电弧，等离子体，电子束，激光。而本篇论文研究的则是靠摩擦热融化金属的搅拌摩擦焊的焊接工艺。因为铝材密度小强度高，常用于飞机汽车制造。（本文中使用的是 5 系铝合金。）而铝因为自身的散热快易氧化的缺点，使用电弧焊接时只能加保护气体才能焊接出优良的焊缝，而且能量消耗大。这时搅拌摩擦焊的优势就体现出来了，搅拌摩擦焊能量消耗少原理简单熔池搅动大抗拉强度高。在铝焊接中搅拌摩擦焊渐渐的有了自己的一席之地。并且铝最大的优势是在异种难焊金属焊接上。金属被搅拌头剧烈的融合在一起，但由于在焊接时金属温度低，焊后流动性很微弱不会出现金属分层。从而在大量需要铝铜焊接的军事领域应用前进广泛。1.1 搅拌摩擦焊的应用在航天工业中每个部件所适用的铝材可能相差很大。而如果单纯使用电弧焊，则几乎无法做到想要的焊缝效果。并且由于铝散热快又会消耗过多的能量，所以铝材的搅拌摩擦焊在航空工业中也是无可限量的发展。今天拌摩擦焊技术为轻型铝合金结构提供了更加低成本的稳固连接，对于控制航天飞行器成本做出了突出的贡献。过去飞机制造中大量零件的连接与组装都使用铆接与栓接，如在空中客车 A340 飞机上使用了超过 100 万个铆钉。如果用搅拌摩擦焊接代替铆接，不仅可节省大量的连接费用，还能加快生产效率(因为搅拌摩擦焊准备简单，装配方便，操作程序少，焊接速度快)。还因为搅拌摩擦焊不需要焊丝，不像铆接需要对接束缚条，需要加强板，需要粘接密封介质，需要紧固铆钉和高锁。在减少制造过程库存零部件的同时，这一来大大减轻了飞机连接装配的重量，二来还增加了机体强度。搅拌摩擦焊作为一种低成本的快速制造制造技术，用来取代气体保护熔化焊接( APPW 和 GMAW )，大幅度降低了系统费用同时使单个燃料筒体的制造周期由原来的 23天，缩短为 6天[1]。自从搅拌摩擦焊出现以来，该焊接技术被很快受到人们的青睐，并应用在了许多方面，特别是在一些重工业，例如核电核能、航空航天(飞机零部件的装配)、船舶业(船舶甲板、船体的外壳、主体结构件、防水板等的制造，还有海洋运输装置、直升飞机的升降平台等)、陆地交通（高速火车、地铁车厢、有轨电车、汽车的引擎、车身支架、底盘、货车后部的升降台、汽车起重器、以及装甲车的防护甲板等)等。在劳工成本不断提高的今天我们对于自动化生产的要求也越来越高，无人工厂也渐渐出现。各种各样的焊接机器人纷纷出现，而搅拌摩擦焊机器人因为在焊接开始时需要极大的压力，导致机器人体积比焊相同厚度板的其他类型机器人要大。如果以后能解决焊接前压力与装夹要求高的要求的话推广搅拌摩擦焊就会更加方便。