攪拌摩擦焊在電機制造中的應用前景

摘 要：文章主要講述了攪拌摩擦焊的工作原理、特點以及發展現狀；講述了在工業純銅、紫銅接頭中使用這項技術的可行性，同時對這項技術在電機設備加工生產業中的發展前途做了初步的研究。

關鍵詞：攪拌摩擦焊；電機制造；連接技術

1 引言

在生產電機設備中有很多地方會使用銅單質或者銅單質接頭，就像在端環和導條的連接位置、阻尼環以及桿的連接。現在，上面所說的焊接都是使用固有的銀基釬料釬焊加工技術，因此，每年都要在這項連接上使用很多白銀。因為使用釬焊技術，不但對釬焊焊頭制作準備的標準高，而且在焊接中預留的縫隙很難保證，并且常常會因為縫隙預留的不好而造成接頭焊接不牢固，帶來很大的經濟虧損。為了處理上面所說的問題，長期以來從事這方面的工作者一直在研究焊接銅以及銅合金的新措施。1991年，英國焊接研究所研究出了攪拌摩擦焊，這種焊接方式能夠進行多種接頭形式和不同焊接位置的連接，擁有高效率、節約能源、沒有污染、接頭性能良好等特點。能夠焊接的從以往的鋁合金發展到了金屬、部分金屬合金材料。能夠廣泛的使用到航天航空、船只、車輛、電器設備等行業。并且，在生產電機中銅金屬以及銅合金中也能夠得到廣泛的運用。

本文就攪拌摩擦焊在電機制造業中應用的可行性、產生的經濟和社會效益進行了分析。以促進攪拌摩擦焊在電機制造中的應用。

2 攪拌摩擦焊在電機制造中應用的可行性分析

攪拌摩擦焊是使用一個圓柱體或者其他形狀的攪拌針伸入工件的接縫處，旋轉攪拌頭和工件之間的摩擦熱，使焊頭前面的材料發生強烈的塑性變形，然后隨著焊頭的移動，高度塑性變形的材料逐漸沉積在攪拌頭的背后，從而形成攪拌摩擦焊焊縫，使接頭地方壓焊成一個整體。

經過國內外專業人士多年的探索以及實驗證實，材料是否能夠焊接好主要取決于攪拌摩擦焊接頭，主要是看這種需要焊接的材料在攪拌頭的工作下能夠產生的熱塑形狀，流動性是不是很好。材料能夠產生熱塑狀況時所需要的溫度、材料的熱傳遞功能還有材料的材質都在材料進行攪拌接頭焊接時熱塑的形態產生作用，如果材料產生熱塑形態時需要低溫度、材料傳輸熱量的能力就越不好、材料材質的硬度和強度就低，這樣就能夠得到很好的焊接。這也是為什么在最開始的時候攪拌摩擦焊能夠在熔點較低的鋁合金中運用的原因。銅單質和鋁合金相比較，銅單質達到熱塑形態時需要的溫度比鋁合金的高、銅單質傳輸熱的性能比鋁合金的好、銅單質的強度以及硬度都比鋁合金的高。所以，在銅單質中使用攪拌摩擦焊接方式要比在鋁合金中難，取得的效果差。

南昌航空大學工業專業在鋁合金使用攪拌摩擦焊的探索中取得一定成果之后，2001年，開始銅單質使用攪拌摩擦焊的技術研究，已經能夠實現銅單質各種厚度的板進行焊接、搭接、T字形焊接的加工實驗，通過對金屬組織中化學成分、晶體結構、物理性能、機械性能進行實驗，這種焊接方式比釬焊接頭要好。現在能夠焊接十二毫米厚的銅單質材料的板，能夠完成端環和導條、阻尼環和桿之間的銅單質接頭的攪拌摩擦焊接。

工件能否獲得優質攪拌摩擦焊接頭的另一個重要因素是：該工件的結構形式能否使接頭在攪拌摩擦焊時獲得適當的壓力。在電機制造中，紫銅/紫銅接頭數量多，工作量大的工件主要是轉子鐵芯和磁極鐵芯，其結構見圖1和圖2，這兩類工件均可以通過采用簡單的工裝滿足上述要求。綜上所述，電機制造中的紫銅/紫銅接頭，如端環與導條、阻尼環與阻尼桿等接頭可以實現攪拌摩擦焊，并獲得比釬焊質量更好的接頭。

3 攪拌摩擦焊在電機制造業的應用前景及經濟和社會效益

3.1 攪拌摩擦焊使端環與導條的接頭、阻尼環與阻尼桿的接頭性能提高

硬釬焊加工技術對銅單質焊接處的縫隙規定規范很高，現在，電機生產中這種型號的接頭會因很多原因，不會達到標準，免不了會出現釬縫等，致使接頭處導電面積不足，設備運行狀態達不到要求的標準；接頭的承載力不強，如果電流壓力或者負荷太強，接頭就會不牢固，出現斷裂或者脫落的現象，導致電機不能使用，可能還會使定子、轉子不能再使用，帶來經濟損失。即使電機生產商試過很多提升接頭工作功能的辦法，例如加強接頭策劃；使用高頻釬焊接或者氬弧焊接；加強使用零件的精準度；提升焊接材料的品質，這樣做雖然增加了接頭品質，但是不能從本質上解決這個故障，還有使用更多的成本，生產時間也會增多。

只用攪拌摩擦焊接的技術連接端環以及導條、阻尼環和桿之間，能夠防止因為使用釬焊以及熔焊出現的不足；并且因為不使用熔焊，所以接頭地方的金屬就不會大面積的出現熱塑現象，內應力小，也不會出現大幅度變形；因為接頭功能好，設計簡單，在很大程度上降低了裝備標準；比較容易完成自動化以及智能化，提升加工速度，不會再因為人為而致使商品品質不好，使接頭品質具有牢固性。

3.2 電機制造業應用攪拌摩擦焊的經濟效益和社會效益

根據以往的加工，電機生產中很多銅單質接頭都是使用銀基釬料利用

釬焊制造，端環和導條、阻尼環以及桿之間的接頭都是使用這種技術。在一個規模較大的電機生產單位中差不多每年用來購進釬料的支出就能在幾十萬到幾百萬。假如使用攪拌摩擦焊接方式，就可以節省了購買釬料的費用，不再需要其他的材料支出。同時，連接銅單質使用攪拌摩擦焊接只使用十幾千瓦的電，比使用其他焊接方法能夠節省很多能源。所以，使用攪拌摩擦焊接方式，從一個角度來講能夠降低了生產成本；從另一個角度來講提升了接頭的品質，增加其穩固性，很大程度上降低了因接頭產生事故帶來的損失。如此，規模較大的電機生產單位每年能夠直接獲益幾十萬到幾百萬。就全部的電機生產廠家來說，每年能夠節省白銀能源達到幾十噸。

此外，采用攪拌摩擦焊焊接上述接頭，從根本上解決了傳統釬焊、焊接過程中的熱輻射、電磁輻射、弧光、飛濺、煙塵對環境的污染問題，具有良好的社會效益。

4 結束語

在生產電機中銅單質以及銅單質接頭的焊接使用攪拌摩擦措施，具有很好的發展空間。這項措施的使用能夠為電機的生產省下一筆可觀的購置釬料開支，減少了電機生產成本；并且這種焊接技術比釬料焊接的性能更加穩固。并且還能節省更多的白銀能源，同時鏟除了對環境產生污染的根源。伴隨著攪拌摩擦焊設施以及加工手段的改善，此項措施會在電機生產業中得到更加廣泛的普及，肯定會帶來社會以及經濟利益。

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