新型材料成形加工技術(shù)一摩擦疊焊
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- 新型材料成形加工技術(shù)-摩擦疊焊
1 摩擦疊焊的成形過程
摩擦疊焊技術(shù)的雛形出現(xiàn)于20 世紀80 年代末期。當時為解決石油公司Chevron UK Ltd. 水下100 m深、壁厚15～40 mm管道焊縫的裂紋修補問題,文獻[2 ]使用摩擦螺柱焊接設(shè)備,將一系列螺柱塞入相應(yīng)的預(yù)鉆焊孔之中,通過搭接“縫合(Stitch) ”出完整的焊縫而修補了裂紋。由于當時采用圓錐形旋轉(zhuǎn)金屬棒圓錐形預(yù)鉆焊孔的組合方式而被稱為摩擦錐形柱塞焊(friction taper plug welding) ,但摩擦錐形柱塞焊后來的發(fā)展歷程卻明顯有別于文中的摩擦疊焊。
1. 1 摩擦疊焊單元成形過程描述
在進行了一系列的探索性研究之后, TWI 的Thomas ,Nicholas 等人于1992 年下半年申請了第一個有關(guān)friction stitch welding 技術(shù)的專利,并將其單元成形過程描述成為摩擦液柱成形(friction hydropillar processing ,FHPP) 或摩擦柱塞擠出(frictionplug extrusion technique) [3 ] 。可以結(jié)合圖1 對FHPP過程描述如下:首先在基體母材上預(yù)鉆一個直徑為<9～17 mm的孔,然后在孔中插入一根直徑比孔徑略小的旋轉(zhuǎn)金屬棒,同時在金屬棒上施加軸向力并保持一定的進給速度。當旋轉(zhuǎn)金屬棒與焊孔底部接觸時,開始摩擦剪切發(fā)熱過程。所產(chǎn)生的摩擦熱使金屬棒自身在底端接觸面上發(fā)生塑性變形,塑性金屬材料在壓力作用下向接觸界面四周轉(zhuǎn)移而填充棒材與焊孔之間的徑向間隙,并達到密切結(jié)合。隨著塑性金屬材料不斷填充焊孔以及焊孔表面雜質(zhì)的不斷排出,摩擦剪切面迅速從焊孔底部上移。根據(jù)預(yù)鉆焊孔、旋轉(zhuǎn)金屬棒軸截面幾何形狀的不同,FHPP又可分為圓柱形組合和圓錐形組合兩大類,甚至可以采用中空金屬棒[4 ]
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