Desarrollo y perspectivas de la tecnología de soldadura por fricción

Desarrollo y perspectivas de la tecnología de soldadura por fricción

La soldadura mediante calor por fricción se originó hace más de cien años. Después de más de medio siglo de investigación y desarrollo, la tecnología de soldadura por fricción ha madurado gradualmente. Y entra en la etapa de promoción y solicitud. Desde la década de 1950, la soldadura por fricción ha producido uniones soldadas realmente calificadas y ha sido favorecida por varias potencias industriales por sus destacadas ventajas de alta calidad, alta eficiencia y baja protección ambiental. La investigación sobre soldadura por fricción en mi país comenzó en 1957, siendo el Instituto de Investigación de Soldadura de Harbin su lugar de nacimiento. Fue uno de los primeros países del mundo en llevar a cabo investigaciones sobre soldadura por fricción y ha logrado muchos resultados llamativos.

Las principales ventajas de la tecnología de soldadura por fricción se resumen a continuación:

(1) La calidad de la unión es buena y estable. El proceso de soldadura es controlado por la máquina una vez configurados los parámetros, es fácil de monitorear, tiene buena repetibilidad y no depende del nivel técnico ni de la actitud laboral del operador. El proceso de soldadura no se funde, es soldadura a presión en caliente en fase sólida y la junta tiene una textura satinada, por lo que la soldadura no tendrá poros, segregación, inclusiones, grietas y otros defectos de cristalización en la estructura de fundición. La unión soldada es mucho mayor que la de la soldadura por fusión y la soldadura fuerte, llegando incluso a superar la resistencia del material base.

(2) Alta eficiencia; La preparación de las piezas soldadas no suele ser exigente. El equipo de soldadura es fácil de automatizar y se puede producir en la línea de montaje. El tiempo de soldadura de cada pieza soldada se calcula en segundos, generalmente entre unos pocos segundos y decenas de segundos. alternativa a otros métodos de soldadura como la soldadura por fusión, la soldadura fuerte es incomparable

(3) Ahorro de energía, ahorro de material y bajo consumo. La potencia requerida es solo 1/5 ~ 1/15 del proceso de soldadura tradicional, sin electrodos, fundente, material de soldadura, gas protector, sin metal de aportación, no se requiere consumo de electrodos

(4) Buena soldabilidad; . Es particularmente adecuado para soldar materiales diferentes. En comparación con otros métodos de soldadura, la soldadura por fricción tiene ventajas únicas, como acero y cobre, acero y aluminio, acero y latón, etc.

(5) Respetuoso con el medio ambiente. y libre de contaminación. El proceso de soldadura no produce humo, polvo ni gases nocivos, ni salpicaduras, ni luz, chispas ni radiación.

Debido a estas ventajas, la tecnología de soldadura por fricción se considera la tecnología de soldadura ecológica del futuro.

El desarrollo y aplicación de la tecnología de soldadura por fricción en China

Después de décadas de desarrollo, la tecnología de soldadura por fricción en China ahora cuenta con un conjunto completo de escala técnica profesional, que incluye proceso, equipo y control. , inspección, y también formó un cierto sistema independiente en la investigación teórica básica.

1 Investigación y aplicación de la tecnología de soldadura por fricción

En la actualidad, la tecnología de soldadura por fricción de mi país se utiliza ampliamente para soldar piezas de trabajo con un diámetro de 3,0 a 120 mm y accesorios de tubería de sección grande de 8000 mm2. También ha desarrollado tecnología de soldadura por fricción opuesta y soldadura por fricción radial, así como tecnología de soldadura por fricción y agitación. No solo puede soldar acero, aluminio y cobre, sino que también puede soldar con éxito aceros diferentes y metales diferentes con grandes diferencias en los niveles de resistencia a altas temperaturas, así como metales diferentes que forman cristales de punto de fusión bajo y frágiles. compuestos. ¿Como acero de alta velocidad, acero al carbono, acero resistente al calor, acero de baja aleación, acero de aleación de alta temperatura, acero inoxidable, acero con bajo contenido de carbono, acero inoxidable? ¿Electroimanes y aluminio? ¿Cobre, aluminio? Acero, etc. En los últimos años, con el desarrollo de la industria aeroespacial de mi país, también se ha acelerado la penetración de la tecnología de soldadura por fricción en estos campos, materiales como rotores de motores aeronáuticos, piezas estructurales de trenes de aterrizaje y sujetadores (Ln718 Ti17 300M GH159 GH4169). Como metales y cerámicas, materiales compuestos, aleaciones en polvo de alta temperatura, etc., el proceso de soldadura fuerte de algunos materiales eléctricos también ha comenzado a ser sustituido por la soldadura por fricción. Se reemplazó la soldadura por fricción. ¿Como electroimanes? ¿Acero inoxidable, aleación de cobre y tungsteno, etc.?

En la actualidad, los productos soldados mediante soldadura por fricción en mi país incluyen: soldadura por fricción de tubos serpentinos en la industria de calderas, soldadura por fricción de bridas de válvulas y asientos de sellado del cuerpo de válvulas en la industria de válvulas, soldadura por fricción del borde de empuje del casquillo del cojinete en la industria de rodamientos y brocas y fresas en la industria de herramientas, soldadura por fricción de hojas de bisagra y mangos, válvulas de escape bimetálicas, cabezales de válvulas, boquillas de cámaras de precalentamiento de motores diésel, semiejes, tubos de torsión, ejes de turbinas de turbocompresores de motores de combustión interna, Ejes de bombas eléctricas sumergibles, juntas de agua de cobre y acero inoxidable, juntas de transición de aluminio-cobre, bobinas de máquinas textiles, cojinetes esféricos, herramientas de albañilería, tubos de perforación geológica, tubos de perforación petrolera, varillas de bombeo sólidas y huecas, engranajes integrales de motores aeroespaciales, múltiples herramientas para trabajar la madera. Ejes de máquinas herramienta, etc.

2 Investigación teórica y aplicación de ingeniería

El personal científico y tecnológico chino ha estudiado la formación, el flujo, la expansión y el mecanismo de formación de la capa de metal plástico de alta temperatura en la superficie de la soldadura por fricción. , así como el mecanismo de formación de la junta de soldadura, así como la conversión de energía y el proceso de control de soldadura por fricción, el proceso de soldadura por fricción y el control de tenacidad de tubos de perforación petrolera de gran sección, el mecanismo de formación de defectos grises y la morfología de la fractura. Se estudiaron en profundidad las uniones soldadas por fricción. Se han llevado a cabo investigaciones teóricas básicas en profundidad sobre la morfología de la fractura y la deformación de la fractura de uniones soldadas, el mecanismo de soldadura por fricción y el rendimiento de la unión de tubos de paredes delgadas de aluminio y cobre, y el mecanismo de formación de la fase compuesta de soldadura.

Realizar investigaciones sobre una serie de problemas que deben resolverse con urgencia en la aplicación de ingeniería de la tecnología de soldadura por fricción. Entre ellos, la investigación experimental sobre el proceso de tratamiento térmico de deformación del cabezal de soldadura por fricción es un trabajo de investigación científica aplicada representativo. Esta investigación es la primera en introducir un proceso que combina el fortalecimiento por deformación y el fortalecimiento por cambio de fase en el campo de la soldadura por fricción. cambiando el proceso tradicional de soldadura por fricción de accionamiento continuo, durante el proceso de soldadura, se implementa el proceso de tratamiento térmico posterior a la soldadura, y el calor residual de la soldadura y el consumo de energía durante el frenado de la máquina de soldadura por fricción se utilizan para realizar directamente el tratamiento térmico de deformación. en el cabezal de soldadura por fricción. La máquina está equipada con un dispositivo de proceso de tratamiento térmico y la máquina está equipada con un dispositivo de tratamiento térmico de deformación del cabezal de soldadura por fricción. El dispositivo de tratamiento térmico equipado en la máquina puede controlar de manera más efectiva las condiciones de cambio de fase, de modo que la deformación a alta temperatura, la gran cantidad de dislocaciones, etc. introducidas durante el proceso de soldadura por fricción se apaguen firmemente con el cambio de fase, dando pleno juego a Los efectos de fortalecimiento de deformación y fortalecimiento de cambio de fase logran efectos de endurecimiento que no se pueden lograr con un solo método. La tenacidad supera el nivel del material base templado sin reducir la resistencia de la unión. Esta tecnología no solo mejora la calidad de la soldadura, sino que también simplifica el proceso, reduce el número de tiempos de calentamiento del tratamiento térmico posterior a la soldadura y reduce los costos. Los resultados de la investigación ocupan una posición de liderazgo en el mundo y se han utilizado ampliamente en varillas de bombeo, producción de oleoductos y reparación de tuberías de perforación. ¿Para controlar el aluminio? Para la capa frágil de las juntas de transición de cobre, se estudió y aplicó en producción la soldadura por fricción a baja temperatura. En los últimos años, se ha estudiado la soldadura por fricción en el rango de temperatura superplástica por debajo de la temperatura de transición de fase y se han logrado resultados graduales en términos de monitoreo de la calidad de la soldadura, se han desarrollado un controlador de potencia de soldadura por fricción y un dispositivo de monitoreo de calidad por microcomputadora; El dispositivo de monitoreo de calidad por microcomputadora monitorea los cambios en los principales parámetros que afectan la calidad de las uniones soldadas, como la presión axial, la velocidad del husillo, el par de fricción, el tiempo de acortamiento axial de la soldadura, la temperatura de soldadura y la temperatura del tratamiento térmico de deformación durante el proceso de soldadura. Soldabilidad de nuevos materiales, tecnología de detección y procesamiento de información de soldadura por fricción, cálculo de parámetros de soldadura por fricción y monitoreo en tiempo real y control de circuito cerrado, mecanismo de formación de defectos de soldadura por fricción y comportamiento mecánico, control de tenacidad del cabezal de soldadura por fricción, campo de parámetros físicos de soldadura por fricción (temperatura La simulación numérica de campo, campo de tensión y deformación, así como la fotografía de alta velocidad, el análisis espectral y otras tecnologías experimentales relacionadas también han llevado a cabo un trabajo de investigación más sistemático y en profundidad.

En los últimos años, la tecnología de soldadura por fricción y agitación también ha atraído gran atención por parte de los trabajadores científicos y tecnológicos de nuestro país, y ha llevado a cabo sucesivamente investigaciones sobre aleaciones de aluminio (como aluminio inoxidable, aluminio forjado, Dura aluminio, superduraluminio, etc.), Investigación sobre soldadura por fricción-agitación de cobre, plásticos PVC y otros materiales. ), cobre, plástico PVC y otros materiales, y también lleva a cabo activamente investigaciones de procesos sobre soldadura por fricción-agitación de aleaciones de titanio, aleaciones de magnesio y metales ferrosos, al mismo tiempo que estudia el mecanismo, la microestructura, las propiedades mecánicas y el cabezal agitador de la soldadura por fricción-agitación. Se han estudiado en profundidad las tecnologías de soldadura por fricción-agitación. Y logró ciertos resultados en aplicaciones de ingeniería.

3 Producción y tecnologías relacionadas de máquinas de soldadura por fricción

Hay más de 600 máquinas de soldadura por fricción en mi país, la mayoría de las cuales son máquinas de soldadura por fricción de accionamiento continuo.

En los últimos años, a medida que las empresas fabricantes de máquinas de soldadura por fricción han fortalecido los intercambios con la alemana KUKA, Nitto Jusha Company, American MTI Company, etc. e introdujeron prototipos de máquinas de soldadura, las máquinas de soldadura han adoptado sistemas de husillo accionados por motores hidráulicos y grupos de rodamientos en tándem. ¿Muchas tecnologías avanzadas? tales como el pistón giratorio de equilibrio hidráulico del cilindro de equilibrio, el embrague recubierto de pulvimetalurgia de placas múltiples, el riel guía rodante y el control del controlador programable (PLC) han mejorado enormemente el nivel de fabricación de máquinas de soldar.

Combinado con las necesidades reales de producción. También se han desarrollado a nivel nacional otros tipos de máquinas de soldadura por fricción, por ejemplo, la fábrica de equipos de soldadura de Changchun ha desarrollado una máquina de soldadura inercial de pequeño tonelaje y una máquina de soldadura por fricción de fase. El Instituto de Investigación de Soldadura de Harbin ha desarrollado un dispositivo de enfriamiento en la máquina. función de tratamiento térmico de deformación y un dispositivo de recocido automático máquina de soldadura por fricción híbrida, máquina de soldadura por fricción de fase de regulación de velocidad de frecuencia variable, etc. La fábrica de máquinas de canteado de herramientas de medición de Harbin desarrolló una máquina de soldadura por fricción de doble cabezal de 20T, el 59.º Instituto de Investigación de la Industria de Artillería de China desarrolló una máquina de soldadura por fricción radial de pequeño tonelaje, Beijing Saifeis Technology Co., Ltd. desarrolló una serie de máquinas de soldadura por fricción y agitación. , etc. Los indicadores técnicos y el nivel de fabricación de estas máquinas de soldar han alcanzado o están cerca del nivel de máquinas de soldar extranjeras similares.

Frente a la demanda del mercado interno, la producción de máquinas de soldadura por fricción también se está desarrollando hacia la serialización. En la actualidad, el tonelaje máximo de las máquinas de soldadura de producción nacional es de 1250 kN y el más pequeño es de 5 KN. En resumen, en la serie de máquinas de soldar domésticas, hay menos variedades y las variedades son relativamente únicas. No hay distinción entre computadoras gigantes y microcomputadoras. Aunque existen diferentes tipos de dispositivos de flash, dispositivos de carga y descarga automática, dispositivos de tratamiento térmico posterior a la soldadura, dispositivos de prueba no destructivos, etc. que se combinan con la máquina de soldar, estos todavía son relativamente especializados y no forman un estándar universal. serie y necesitan ser mejorados continuamente. Nuestro país también tiene sus propios estándares industriales para máquinas de soldadura por fricción. Con la mejora de la tecnología de fabricación, este estándar también se revisará a un nivel superior.

Las perspectivas de desarrollo de la tecnología de soldadura por fricción

La tecnología de soldadura por fricción de mi país aún está lejos de satisfacer las necesidades del rápido desarrollo de la economía nacional. En los próximos 5 a 10 años, los trabajadores de soldadura por fricción de mi país llevarán a cabo investigaciones más profundas sobre la soldabilidad de materiales, métodos de soldadura por fricción, equipos de soldadura por fricción y aplicaciones de soldadura por fricción.

1 Soldabilidad de materiales

Principalmente para la soldadura de materiales de soldadura emergentes y difíciles de soldar, como soldadura por fricción de aleaciones de titanio y acero inoxidable, soldadura por fricción de titanio y aluminio. , titanio puro Soldadura por fricción con cobre puro, soldadura por fricción con materiales de alto punto de fusión, soldadura por fricción con metales ligeros, soldadura por fricción con aleaciones en polvo, soldadura por fricción con materiales emergentes, soldadura por fricción con aleaciones fundidas, etc. Soldadura por fricción de materiales, soldadura por fricción de aleaciones fundidas, soldadura por fricción de acero y metales reactivos, etc. Una investigación más profunda sobre las teorías básicas de la química, la mecánica y la metalurgia de la soldadura por fricción de materiales ha ampliado el campo de la soldadura por fricción de materiales soldables.

2 Métodos de soldadura por fricción

En los próximos 5 a 10 años, aumentaremos nuestros esfuerzos para desarrollar algunos métodos nuevos de soldadura por fricción y mejoraremos y ampliaremos gradualmente su alcance de aplicación.

(1) Soldadura por fricción de fase

La soldadura por fricción puede cumplir con los requisitos de fase de la pieza de trabajo, ampliando el alcance de aplicación de la soldadura por fricción. Las piezas producidas actualmente, como acero hexagonal, acero octogonal, varillas de operación de automóviles, ejes estriados, horquillas articuladas, ejes con bridas en ambos extremos, etc., requieren soldadura por fricción de fase. Bajo la premisa de un alto desarrollo de la tecnología de control electrónico y la tecnología mecánica, es posible desarrollar máquinas de soldadura por fricción de gran tonelaje.

(2) Soldadura por fricción lineal

La tecnología de soldadura por fricción lineal utiliza una cierta frecuencia y amplitud para hacer que dos piezas de trabajo se muevan alternativamente para generar calor para soldar piezas cuadradas y redondas. o se sueldan entre sí plásticos con secciones transversales perfiladas o poligonales. Puede soldar más piezas con secciones transversales irregulares, como palas y turbinas. En el futuro, se llevarán a cabo investigaciones en profundidad sobre los principios de las máquinas de soldadura por fricción lineal y la dinámica de los sistemas de vibración para prepararse para el desarrollo de la fricción de gran tonelaje. máquinas de soldar.

(3) Soldadura por fricción radial

Debido a la introducción de un anillo de presión giratorio en medio de la soldadura por fricción radial, no solo se cambia la dirección de la superficie de fricción, sino también la La soldadura también se presiona mediante rotación relativa. La presión se vuelve relativamente fija y presurizada, lo que es muy adecuado para la soldadura de tubos largos. También puede soldar anillos de cobre de paredes delgadas a la pared exterior del misil, de modo que se puedan actualizar los productos militares. Actualizar y modernizar.

En el futuro, es necesario fortalecer la investigación sobre mecanismos de soldadura por fricción radial y sistemas hidráulicos instantáneos de gran flujo para sentar una base teórica para el desarrollo de máquinas de soldadura por fricción radial de gran tonelaje.

(4) Soldadura por fricción y agitación

La tecnología de soldadura por fricción y agitación es una tecnología de unión sólida inventada por la Sociedad Británica de Soldadura en 1991. Se utiliza en la industria aeronáutica, aeroespacial, de construcción naval y marina. , Armas y Se ha llevado a cabo ampliamente la investigación de aplicaciones en la fabricación de estructuras ligeras en áreas como los trenes de alta velocidad. Al mismo tiempo, también ha atraído gran atención de los trabajadores científicos y tecnológicos de nuestro país. Se han llevado a cabo algunos trabajos de investigación sobre la soldadura por fricción y agitación. En el futuro se llevarán a cabo investigaciones más profundas sobre el mecanismo y la microestructura. , propiedades mecánicas de la soldadura por fricción y agitación y la tecnología central de la soldadura por fricción y agitación, la investigación del cabezal de agitación. Ampliar el alcance de la soldadura de materiales de la soldadura por fricción y agitación, fortalecer especialmente la investigación sobre la soldadura por fricción y agitación de materiales diferentes y ampliar aún más los campos de aplicación de ingeniería de la soldadura por fricción y agitación. Al mismo tiempo, también se deben realizar investigaciones sobre soldadura por fricción, soldadura por fricción de tercer cuerpo, soldadura por fricción integrada, etc.

3 Equipos de soldadura por fricción y aplicaciones de ingeniería

Con la aplicación generalizada de la tecnología de soldadura por fricción, los equipos de soldadura por fricción también se han desarrollado rápidamente. En 2000, según estadísticas incompletas, el número de soldadura por fricción. equipos de soldadura en el mundo** **, hay más de 5.000 máquinas de soldadura por fricción utilizadas en la producción de soldadura.

Para adaptarse a la soldadura de piezas grandes y especiales, se han desarrollado las máquinas de soldadura de microfricción y grandes de mi país. Para adaptarse a propósitos especiales, se han desarrollado máquinas de soldadura por fricción especiales, como soldadura por fricción inercial, soldadura por fricción radial, soldadura por fricción y agitación, soldadura por fricción de doble cara, soldadura por fricción vertical y soldadura por fricción subacuática. La tecnología de fabricación y monitoreo está diseñada con un espíritu de flexibilidad y automatización. La máquina de soldar se puede complementar con algunos equipos de automatización y dispositivos de procesamiento para formar un sistema completo con alta flexibilidad y automatización para adaptarse a los diversos requisitos de los usuarios. Para fortalecer el aseguramiento de la calidad del proceso de soldadura, además del control del tiempo, el control de la deformación y el control de la energía, se debe desarrollar una tecnología especial de control del proceso. Como el par de fricción y la tecnología de monitoreo de emisiones acústicas.

Para adaptarse a los requisitos de automatización de la producción de soldadura, se debe reforzar la investigación sobre tecnologías relacionadas y equipos periféricos. Como diferentes tipos de dispositivos de desbarbado, robots u otros dispositivos de carga y descarga, tratamiento térmico y tecnología de prueba no destructiva, etc. La pieza de trabajo se puede procesar en la máquina de soldar antes o después de soldar, y algunas incluso se pueden procesar mediante CNC. Esto permite un funcionamiento fiable en la línea de producción. También se puede utilizar junto con sistemas de fabricación flexibles (FMS).

En el futuro, la industria automotriz se convertirá en el mercado de soldadura por fricción más dinámico. Los componentes soldados mediante soldadura por fricción incluyen turbocompresores, bombas de refuerzo de airbag, ejes de transmisión y caja de cambios, ejes traseros, válvulas de escape y levas. freno neumático, etc. En maquinaria de ingeniería, la soldadura por fricción se utiliza principalmente para soldar componentes de transmisión hidráulica, como cilindros hidráulicos, vástagos de pistón, especialmente para soldar bridas y cuerpos de válvulas. Además, también se puede utilizar en la fabricación de rodillos guía, amortiguadores y. bombas de engranajes. El rotor está soldado por fricción.

Incrementar la investigación sobre la soldadura por fricción de tubos y tirantes del tren de aterrizaje de aviones, la soldadura por fricción de engranajes de aleación del eje impulsor principal del rotor del tren de aterrizaje de helicópteros y ejes de tubos de acero con alto contenido de níquel, remaches bimetálicos, pernos de gancho de aviones, etc. . Ampliar gradualmente las áreas de aplicación de la soldadura por fricción.

Conclusión

Si observamos el estado de desarrollo de la soldadura por fricción en el país y en el extranjero, nuestro país todavía está rezagado con respecto al nivel avanzado internacional. La investigación, el desarrollo, la promoción y la aplicación nacionales de la tecnología de soldadura por fricción no pueden satisfacer las necesidades del rápido desarrollo de la economía nacional. Frente a las necesidades del mercado interno, la competencia internacional es cada vez más feroz y la mayoría de los trabajadores de tecnología de soldadura por fricción. Nuestro país tiene un largo camino por recorrer. Para satisfacer las necesidades del desarrollo científico y tecnológico de mi país, acortar la brecha con productos extranjeros similares y acelerar la modernización de la tecnología de soldadura por fricción de mi país. Mientras logra su propio desarrollo, la tecnología de soldadura por fricción debe fortalecer su integración con otras disciplinas y disciplinas de vanguardia. Que unamos nuestras manos y utilicemos nuestra dedicación para apoyar el presente y el futuro de la soldadura por fricción en China. ;