TiAl合金与异种材料的摩擦焊接

TiAl合金与42CrMo直接摩擦焊接性较差,为此分别引入高温合金GH3039、K418、N80A和纯镍N6作为中间材料,对TiAl-GH3039/K418/N80A/N6-42CrMo异种材料的摩擦焊接工艺进行了研究。采用硬度计、扫描电镜和电子万能试验机对焊后接头区域的硬度、组织和焊合区成分变化以及接头力学性能进行了分析。研究表明,TiAl合金与异种材料焊后接头中形成了复杂的多层状金属间化合物;TiAl合金与GH3039、N80A的摩擦焊接性较好,与K418、N6的摩擦焊接性较差;根据不同材料线膨胀系数随温度的变化规律、与TiAl合金摩擦焊接后接头的性能及其与42CrMo的摩擦焊接性,最终选择GH3039作为中间材料。通过引入中间材料,摩擦焊制备了TiAl合金涡轮-42CrMo转轴的异种材料整体转子,使得TiAl合金在涡轮增压器领域的应用成为可能。     

电模拟惯性摩擦焊接技术

为适应摩擦焊接设备的发展,降低制造成本,在对惯性摩擦焊接过程运动学方程分析基础上,结合电模拟惯量技术,开发出了电模拟惯性摩擦焊接技术及设备. 结果表明,电模拟惯性摩擦焊接过程中各参数随时间的变化规律,以及惯量大小对焊接参数的影响规律,符合惯性摩擦焊接的一般规律. 相同惯量下,电模拟惯性摩擦焊接与机械惯量惯性摩擦焊接过程转速曲线变化趋势一致. 采用电模拟惯性摩擦焊接技术,所需惯量可以设定成大于系统基本惯量,也可以设定成等于或低于系统基本惯量,还可以补偿主轴机械摩擦阻力对焊接过程参数的影响.     

摩擦焊接过程PLC闭环控制系统

为提高摩擦焊接过程参数控制精度,降低控制系统成本,以PLC为控制平台,配合必要的A/D、D/A模块以及电液比例控制单元,建立了摩擦焊机PLC闭环控制系统,并开发了相应的闭环控制软件和人机界面.该系统具备摩擦焊接过程顺序控制功能和轴向压力闭环控制功能.测试表明,该系统闭环控制周期16ms.经实际生产表明,可以稳定用于摩擦焊接生产,摩擦压力和顶锻压力的控制精度可达5%.     

电塑性摩擦焊接热力过程研究

探讨了强电场环境下LY12铝合金摩擦焊接的热力过程，并采用多元纡性回归法计算了LY12铝合金初始摩擦系数。结果表明，强电场的引入降低了摩擦焊接妆始峰值扭矩和平衡扭矩，且电场强度越大。摩擦焊接初始峰值扭矩和平衡扭矩值越低。焊接接头的轴向缩短量越大，而电场环境下摩擦焊接界面的最高温度则与无电场作用时基本相同；此外，LY12铝合金的初始摩擦系数随摩擦界面温度升高而增大，随摩擦压力的增大而降低。有电场作用时的数值较无电场时略低。     

TC4钛合金与LD10铝合金感应摩擦焊接头的组织与性能

利用感应电磁场对焊接过程热与物质流动作用,改善异种金属摩擦焊接头的组织与性能。采用光学金相、扫描电镜及室温拉伸实验与对比分析的方法,研究了外加电磁场对弱磁性材料TC4钛合金与LD10铝合金摩擦焊接头焊合区的显微组织、主要合金元素扩散行为及室温力学性能的影响。结果表明:外加电磁场作用使TC4钛合金与LD10铝合金摩擦焊接头铝合金侧动态再结晶区宽度增大;同时,感应电磁场通过影响摩擦副合金材料内部电子密度状态等,促进了摩擦焊接过程中主要合金元素Al和Ti在焊合区的扩散过程,并且提高了TC4钛合金与LD10铝合金摩擦焊接头的拉伸强度。其中,外加电磁场在顶锻保压阶段的影响更为明显。     

LY12铝合金摩擦焊接过程的电场效应

定量研究了外加强电场对LY12铝合金摩擦焊接头热影响区（HFZ）中动态再结晶区宽度与晶粒尺寸的影响，并初步探讨了其影响机制。实验结果表明，外加强电场使动态再结晶区晶粒细化、等轴性提高，超细等轴晶区亦加宽。此外，采用较高焊接压力时，电场的引入使焊接接头的动态再结晶区宽度增大10％－30％；采用中等摩擦压力施焊时，电场的作用不但使焊接接头动态再结晶区宽度明显增加，而且还影响其沿径向的分布形态，使近轴心线处的动态再结晶区宽度趋于均匀，可以推断，外加强电场可使摩擦焊接头更易发生动态再结晶，而且强电场使焊合区组织的细化与均匀化，有利于提高焊接接头性能。     

异种金属摩擦焊后电场热处理组织与扩散行为

采用电子探针线扫描等试验技术研究了强电场对T2紫铜和1Crl8Ni9Ti不锈钢摩擦焊接头焊后退火显微组织及其主要合金元素扩散行为的影响。结果表明：外加电场加快了焊合区金属的再结晶进程，提高了晶粒长大速度，增大了晶粒尺寸，且使退火孪晶数量增多，其中负电场(试件接电源负极)的作用最为明显；此外，紫铜与不锈钢摩擦焊接头焊后电场退火过程中，主要合金元素Cu与Fe在焊合区的扩散区比常规热处理时要宽，且扩散区宽度随电场强度数值的增大而增大。其中，负电场使摩擦焊接界面扩散区宽度增大更为明显。     

摩擦焊机液压施力系统压力特性对比分析

为分析采用电液比例计算机闭环系统进行摩擦焊接过程控制的必要性及可行性,对比分析了分别由开关阀和比例溢流阀组成的两种摩擦焊机轴向压力施力系统的静动态特性,以及长期生产过程中轴向压力波动规律,重点分析了油温对轴向压力参数的影响.结果表明,比例阀控制系统轴向压力的静、动态特性均优于开关阀系统;在长期焊接生产过程中,比例阀控制系统的轴向压力不受液压系统油温影响,比开关阀系统稳定,控制精度高,重现性好.