新型材料成形加工技术-摩擦叠焊
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1 摩擦叠焊的成形过程
摩擦叠焊技术的雏形出现于20 世纪80 年代末期。当时为解决石油公司Chevron UK Ltd. 水下100 m深、壁厚15～40 mm管道焊缝的裂纹修补问题,文献[2 ]使用摩擦螺柱焊接设备,将一系列螺柱塞入相应的预钻焊孔之中,通过搭接“缝合(Stitch) ”出完整的焊缝而修补了裂纹。由于当时采用圆锥形旋转金属棒圆锥形预钻焊孔的组合方式而被称为摩擦锥形柱塞焊(friction taper plug welding) ,但摩擦锥形柱塞焊后来的发展历程却明显有别于文中的摩擦叠焊。
1. 1 摩擦叠焊单元成形过程描述
在进行了一系列的探索性研究之后, TWI 的Thomas ,Nicholas 等人于1992 年下半年申请了第一个有关friction stitch welding 技术的专利,并将其单元成形过程描述成为摩擦液柱成形(friction hydropillar processing ,FHPP) 或摩擦柱塞挤出(frictionplug extrusion technique) [3 ] 。可以结合图1 对FHPP过程描述如下:首先在基体母材上预钻一个直径为<9～17 mm的孔,然后在孔中插入一根直径比孔径略小的旋转金属棒,同时在金属棒上施加轴向力并保持一定的进给速度。当旋转金属棒与焊孔底部接触时,开始摩擦剪切发热过程。所产生的摩擦热使金属棒自身在底端接触面上发生塑性变形,塑性金属材料在压力作用下向接触界面四周转移而填充棒材与焊孔之间的径向间隙,并达到密切结合。随着塑性金属材料不断填充焊孔以及焊孔表面杂质的不断排出,摩擦剪切面迅速从焊孔底部上移。根据预钻焊孔、旋转金属棒轴截面几何形状的不同,FHPP又可分为圆柱形组合和圆锥形组合两大类,甚至可以采用中空金属棒[4 ]
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