激光成为多联齿轮焊接的主要方法

  仪器信息网 ·  2009-03-30 19:49  ·  28647 次点击
汽车变速箱是由多组多联齿轮组装而成,而多联齿轮一般都采用焊接方式由单个大小不等的齿轮组装而成。目前,国际上多联齿轮的生产多采用的电子束焊接与激光焊接。由于激光焊接有着电子束焊接无法取代的优势,如:运行成本低、效率高,热损伤小、焊接质量高等,正逐步成为多联齿轮焊接的主要方法。在国内,采用激光焊多联齿轮的厂家还比较少。一方面是由于多联齿轮激光焊接的关键设备---高光束质量的高功率CO2激光器生产的技术瓶颈问题没有解决。
在国产焊接设备方面,一般都是在5KWCO2激光器的输出窗口上限模输出1.5KW左右的功率,1.5KW的能量的激光只能用于很薄的工件的焊接,而不能进行多联齿轮的焊接。另一方面,进口的激光焊接设备价格昂贵,使许多生产厂家望而却步。
近几年来搅拌摩擦焊技术也引起了我国科技工作者的高度重视,先后开展了对铝合金(如防锈铝、锻铝、硬铝、超硬铝等)、紫铜、PVC塑料等材料的搅拌摩擦焊研究,同时还在积极开展钛合金、镁合金和黑色金属的搅拌摩擦焊工艺研究,同时对搅拌摩擦焊的机理、微观组织、力学性能和搅拌摩擦焊的核心技术搅拌头等都展开了深入的研究。并取得了一定的工程应用。
1.3摩擦焊机的生产与相关技术
我国现有六百余台摩擦焊机,绝大部分是连续驱动摩擦焊机。近年来由于加强了与德国KUKA、日东株氏会社、美国MTI公司等摩擦焊机制造公司的交流与引进样机,焊机先后采用了液压马达驱动的主轴系统,串联轴承组——平衡油缸液力平衡旋转活塞,多片式粉末冶金涂层离合器,滚动导轨和可编程序控制器(PLC)控制等多项先进技术,使焊机制造水平有了较大的提高。
随着实际生产的需要。国内对于其它型式的摩擦焊机也进行了研制,如长春焊接设备厂研制了小吨位的惯性焊机,相位摩擦焊机,哈尔滨焊接研究所研制了具有形变热处理功能带机上淬火装置及自动去飞边装置的混合式摩擦焊机,变频调速相位摩擦焊机。哈尔滨量具刃具厂研制了20T双头摩擦焊机,中国兵器工业第五九研究所研制了小吨位径向摩擦焊机,北京赛福斯特技术有限公司研制了系列搅拌摩擦焊机等等,这些焊机有的技术指标和制造水平已达到或接近国外同类焊机的水平。
面对国内市场的需要,摩擦焊机的生产也在向系列化方向发展,目前国内生产的焊机最大吨位是1250kN,最小是5KN。总之,在国内的焊机系列中,变型少,品种也比较单一,还没有巨型机和微型机。与焊机相配套的去飞边装置,自动上下料装置,焊后热处理,无损检测装置等虽有不同的类型,但是这些还比较专业化,没有形成标准通用的系列,有待不断的完善。我国也有了自己的摩擦焊机行业标准,随着制造技术的提高,这个标准也将有待向着较高水平方向修订。
2摩擦焊技术发展的展望
我国摩擦焊技术的发展现状还很不适应国民经济高速发展的需要。今后5—10年内我国的摩擦焊工作者还要在材料的焊接性、摩擦焊的焊接方法、摩擦焊设备和摩擦焊的应用领域展开更加深入的研究。
2.1材料的焊接性
主要瞄准那些难以熔焊的及新兴的焊接材料的焊接,象钛合金与不锈钢的摩擦焊接、钛与铝的摩擦焊接、纯钛与纯铜的摩擦焊接、高熔点材料的摩擦焊接、轻金属的摩擦焊接、粉末合金材料的摩擦焊接、新兴材料的摩擦焊接、铸造合金的摩擦焊接、钢材与活性金属的摩擦焊接等等材料的摩擦焊接性研究。对材料摩擦焊接物理、化学、力学冶金的基础理论进一步深入研究,拓宽摩擦焊可焊材料领域。
2.2摩擦焊方法
今后5—10年要加大力度开发一些新的摩擦焊方法,逐步完善并扩大其应用范围。
2.2.1相位摩擦焊
可实现有相位要求的工件的摩擦焊接,扩大了摩擦焊的应用领域。目前生产中对如六方形断面的零件、八方钢、汽车操作杆、花键轴、拨叉、两端带法兰的轴等均要求采用相位摩擦焊。在电控技术和机械技术高度发展的前提下,为大吨位相位摩擦焊机的研制提供了可能。
2.2.2线性摩擦焊
线性摩擦焊技术,是两个工件以一定的频率和振幅进行往复运动产生热量进行的焊接,它可以将方形、圆形、多边形截面的金属或塑料焊接在一起。它可以焊接更不规则截面的构件,象叶片与涡轮等,以后要深入开展线性摩擦焊机原理、振动系统动力学等的研究,为研制大吨位的性摩擦焊机作准备。
2.2.3径向摩擦焊
径向摩擦焊由于其引入中间旋转加压圆环,不仅改变了摩擦面的方向,焊件也由相对旋转加压变为相对固定加压,它非常适合于长管子的焊接,同时它还可以把薄壁铜环焊接到弹体外壁上,能够使军工产品升级换代。今后要加强径向摩擦焊机理和瞬间大流量液压系统的研究,为大吨位径向摩擦焊机的研制奠定理论基础。
2.2.4搅拌摩擦焊
搅拌摩擦焊技术是1991年英国焊接研究所发明的固相连接技术,它在航空、航天、船舶、海洋工业、武器装备以及高速列车等领域的轻结构制造中的应用研究得到广泛开展。同时也引起了我国科技工作者的高度重视,先后开展了一些搅拌摩擦焊的研究工作,今后要对搅拌摩擦焊的机理、微观组织、力学性能和搅拌摩擦焊的核心技术搅拌头等展开更加深入的研究。拓展搅拌摩擦的材料焊接范围,特别是要加强异种材料搅拌摩擦的研究,进一步扩大搅拌摩擦焊的工程应用。同时还要对摩擦堆焊、第三体摩擦焊和嵌入摩擦焊开展研究。
2.3摩擦焊设备与工程应用
随着摩擦焊技术的广泛应用,摩擦焊设备也得到了迅速的发展,2000年不完全统计全世界共有5000多台摩擦焊机用于焊接生产。
为了适应大型和特殊部件的焊接,要研制我国的大型和微型的摩擦焊机。为适应特种用途还要开发惯性摩擦焊、径向摩擦焊,搅拌摩擦焊、双头摩擦焊,立式摩擦焊及水下摩擦焊等多种特种摩擦焊机。在制造及监控技术方面要本着柔性和自动化来设计。焊机可附加很多自动化设备和加工装置,从而创造出一个高度柔性和自动化的完整系统,以适应用户的各种要求。为强化焊接过程质量保证,除了时间控制、变形量控制、能量控制外,还要开发特殊过程控制技术。如摩擦扭矩和声发射监控技术等。
为了适应焊接生产的自动化要求,要加强相关技术及外围设备的研究。如不同类型的去飞边装置、机器人或其他上下料装置、热处理及无损检验技术,工件可在焊前或焊后在焊机上进行机加工,有的甚至可进行CNC加工。使之在生产线上可靠运行。还可与柔性制造系统(FMS)配合使用。
今后汽车工业将成为摩擦焊最具活力的市场,使用摩擦焊焊接的零部件有涡轮增压器,安全气囊的增压泵,变速器和齿轮箱的驱动轴、后桥、排气阀、气动制动用凸轮等。在工程机械方面,摩擦焊主要用来焊接液压传动部件,如液压缸,活塞杆,尤其是法兰与阀体的焊接,另外在履带支重轮,减震器和齿轮泵转子制造中也可以采用摩擦焊。
要加大对飞机起落架的管与拉杆的摩擦焊接,直升飞机起落架旋翼主传动轴的合金齿轮与高镍合金钢管轴、双金属铆钉、飞机钩头螺栓等摩擦焊研究。逐步扩大摩擦焊应用领域。
3结论
纵观国内外摩擦焊发展现状,我国与国际先进水平相比,还很落后。摩擦焊技术在国内的研究开发、推广应用的工作还不能满足国民经济飞速发展的需要,面对国内市场的需求,国际竞争的日益激烈,我国广大摩擦焊科技工作者,任重道远。为适应我国科技发展的需求和缩短同国外同类产品的差距,为加快实现我国摩擦焊技术的现代化。实现摩擦焊技术自身发展的同时,加强同其它学科与边缘学科的结合。愿我们携起手来,用我们的奉献托起我国摩擦焊的今天与未来。

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