大规模线性摩擦焊接

了解LIFT为其22×8×14英尺的机器制定了什么轻量化计划

2019年1月

通过丹•戴维斯

线性摩擦焊机看起来可能不像它的尺寸所显示的那样令人印象深刻,因为它的大部分都位于深坑中。

我们都可以忍受减肥,和美国制造商也不例外。这就解释了为什么人们对某些产品的“轻量化”越来越感兴趣。

不难理解人们的兴趣所在:减轻飞机的重量,船,或车辆,最终用户不需要那么多的燃料来驱动这种交通方式。即使面对低于历史高位的燃料成本,每个人都对能在哪里得到它们的成本节约感兴趣。

研究轻量化还有其他好处。新的,人们正在研究较便宜的材料,看它们能否提供与长期使用的材料相同的性能。在某些情况下,这些替代品也可能比它们可能取代的传统材料表现出更好的性能。同时,人们正在研究新的铸造技术,热处理,形式/形状,加入,把这些新材料涂上一层。

总部位于底特律的“明日轻量化创新”(LIFT)在这项轻量化研究中处于领先地位。2014年2月,一个财团赢得了美国国防部的一个项目。美国轻质材料制造创新研究所,包括制造技术非盈利组织EWI,密歇根大学,俄亥俄州立大学,大约一年后,该公司建立了10万平方英尺的设施,并正式宣布了电梯的名称。从那时起,该组织一直致力于加快新制造技术从研究实验室到生产车间的转移。

LIFT最近在它的研究工作上有了很大的进步,这种新工具有望对某些大型金属部件的制造方式产生巨大影响。

大型直线摩擦焊接

LIFT正在底特律工厂安装据信是世界上最大的线性摩擦焊接(LFW)设备之一。事实上,艾伦•陶布前升降机总技术主任,现为升降机高级技术顾问,据说,2016年建造的high bay就是基于这种设备建造的。

“我们有一些行业公司,我们称之为我们的金银会员,我们对他们进行了为期18个月的调查。“我们问他们,他们没有什么类型的设备,他们希望看到我们把什么放进我们的设施。”

这台机器重达12.2万磅。重量和波音737差不多。大部分的机器都在一个15英尺深的坑里,这个坑是在高湾建造的时候挖出来的。它有22乘8乘14英尺宽。信封,能够连接一些非常大的部分。

“这不是新技术,”LIFT的首席技术官哈德里安·罗里(Hadrian Rori)说。“多年来,它被用于其他的加入过程和研究中。这台机器的独特之处在于,它拥有对其中一些流程进行微调的最大信封。

MTI焊接,南本德,印第安纳州。制造电梯设备。是一家专业生产摩擦焊接设备的厂家,同时也为其他厂家提供合同生产服务。一些LFW机器为北美的大型航空公司所有,而世界各地发现的其他机器大多用于研究和开发目的。据信没有一架飞机像电梯设备那样大。

据信是世界上最大的线性摩擦焊机之一,将交付给底特律轻质创新工厂。

那么为什么摩擦焊接适用于这些轻量化应用呢?这一过程创造了一种与母材一样坚固的粘结,而不会产生通常与熔焊技术及其巨大的热影响区相关的变形。此外,这种连接方法避免了传统熔焊的其他缺点,如收缩,硬化裂纹,和孔隙度。

广义上讲,摩擦焊实际上更像是锻造。利用相对运动和高强度在焊接界面产生摩擦热。当这种情况发生时,金属被塑化,不一定熔化,但表面仍能接受变化。其结果是分子在焊缝界面和一个伪造质量的接头混合。

如果你讨论的是特殊类型的摩擦焊接,大多数制造商可能最熟悉搅拌摩擦焊,非消耗品销钉工具,附在纺锤上,将其引入两个夹紧金属件之间的连接处。当旋转销工具时,伴随着持续的向下的力,接合金属部件之间的焊接路径,它把金属“搅拌”在一起,产生塑性变形,形成新的关节。

在LFW,一个金属部件保持静止,而另一个在线性路径上振荡。这种直线运动产生所需的力量,使不同几何形状的零件在焊接界面连接。

大型设备的宏伟计划

陶布说,这就是为什么升力需要指定这么大的LFW机器。如果希望大型金属部件的摩擦焊接过程中保持稳定,则产生摩擦焊接所需的运动所需的力需要一台质量相当大的机器。

目前将在新LFW机器上研究的一个项目涉及blisks,喷气发动机部件,包括转子盘和叶片。最近坐过飞机的人都会告诉你,闪光点可以相当大。

传统上,这些物品是用一块材料加工而成的。说到钛,这是一个非常昂贵的操作。

陶博表示,航空航天业正寻求提高其“飞购比”。当它购买一个巨大的钛锭,然后用机器制造出一个气泡,这家航空航天公司看到,它最初购买的大部分产品以刨花的形式被扔进了垃圾箱。购买比可能是20%。

LFW设备给航空航天公司提供了一个更好的机会来创造一个近净形状,然后可以向下加工。较小的钛件可以通过线性摩擦焊接到较大的固定件上。最终的结果是一个形状更接近blisk的形式,这意味着这家航空航天公司没有为它的钛合金坯料支付那么多钱。

LFW还允许使用与传统焊接方法不兼容的不同金属。设计工程师可以考虑金属组合,可以提供强大的性能性能,并且比通常为此类应用指定的材料更便宜。

罗里说,新的LFW机器已经安装,以适应大型和“独特”的形状。公羊,支撑着金属部件附着的工具,略有偏移。它们看起来就像一个c型夹。这种设计为各种大而笨拙的形状留出了空间。

陶博说,新设备已经准备好,并有资格使用不同的钢合金。为了接触航空航天工业以外的其他制造商,这是必要的。

罗里说:“我们希望把这些技术和我们的合作伙伴一起,把其中的一些东西提供给其他可能无法参与这项技术开发的人。”

图片由轻量级创新提供,https://lift.technology

MTI焊接,www.mtiwelding.com


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的制作者是北美领先的金属成型和制造行业杂志。杂志发布新闻,技术文章,以及使制造者能够更有效地工作的案例记录。的制作者自1971年起服务于该行业。

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