压焊方法及设备第十章摩擦焊

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1、第10章　摩　擦　焊10.1摩擦焊原理及分类10.1.1摩擦焊的分类10.1.2摩擦焊原理１０.2连续驱动摩擦焊１０.2.1连续驱动摩擦焊基本原理10.2.2摩擦焊焊接工艺１０.２.３　焊接参数检测及控制10.2.4典型材料的摩擦焊10.3搅拌摩擦焊10.3.1搅拌摩擦焊接过程10.3.2搅拌摩擦焊工艺10.3.3典型材料的搅拌摩擦焊10.3.4搅拌摩擦焊新技术10.4摩擦焊设备10.4.1传统摩擦焊设备１０.４.２　搅拌摩擦焊设备10.1.1摩擦焊的分类图１０-１　摩擦焊方法及分类10.1.2摩擦焊原理1.连续驱

2、动摩擦焊2.惯性摩擦焊3.相位摩擦焊4.径向摩擦焊5.摩擦堆焊6.线性摩擦焊7.搅拌摩擦焊图１０-２　连续驱动摩擦焊原理示意图压力使待焊材料紧密接触对运动产生摩擦热净化界面顶锻力的作用下形成接头图１０-３　惯性摩擦焊原理示意图3.相位摩擦焊(１)机械同步相位摩擦焊　如图１０-４所示，焊接前压紧校正凸轮，调整两工件的相位并夹持工件，将静止主轴制动后松开并校正凸轮，然后开始进行摩擦焊接。(２)插销配合摩擦焊　如图１０-５所示，相位确定机构由插销、插销孔和控制系统组成。(３)同步驱动摩擦焊　采用两个电动机驱动，为了保

3、证工件两端旋转时的相位关系，两主轴通过齿轮、同步杆和花键作同步旋转，在整个焊接过程保持工件的相位关系不变。图１０-４　机械同步相位摩擦焊示意图图１０-５　插销配合摩擦焊示意图图１０-６　径向摩擦焊示意图1—旋转圆环2—待焊管子　ｎ—圆环速度—轴向顶锻压力　ｐ—径向压力图１０-７　摩擦堆焊示意图1—堆焊金属圆棒2—堆焊件3—堆焊焊缝图１０-８　线性摩擦焊示意图图１０-９　搅拌摩擦焊原理示意图１０.2.1连续驱动摩擦焊基本原理1.焊接过程2.摩擦焊接产热1.焊接过程(１)初始摩擦阶段(ｔ１)此阶段是从两个工件开始接触

4、的ａ点起，到摩擦加热功率显著增大的ｂ点止。(２)不稳定摩擦阶段(ｔ２)不稳定摩擦阶段是摩擦加热过程的一个主要阶段，该阶段从摩擦加热功率显著增大的ｂ点起，越过功率峰值ｃ点，到功率稳定值的ｄ点为止。(３)稳定摩擦阶段(ｔ３)稳定摩擦阶段是摩擦加热过程的主要阶段，其范围从摩擦加热功率稳定值的ｄ点起，到接头形成最佳温度分布的ｅ点为止，这里的ｅ点也是焊机主轴开始停车的时间点(可称为ｅ′点)，也是顶锻压力开始上升的点(图１０-１０的ｆ点)以及顶锻变形量的开始点。(４)停车阶段(ｔ４)停车阶段是摩擦加热过程至顶锻焊接过程的过渡阶

5、段，是从主轴和工件一起开始停车减速的ｅ′点起，到主轴停止转动的ｇ点止。(５)纯顶锻阶段(ｔ５)从主轴停止旋转的ｇ(或ｇ′)点起，到顶锻压力上升至最大位的ｈ点为止。(６)顶锻维持阶段(ｔ６)该阶段从顶锻压力的最高点ｈ开始，到接头温度冷却到低于规定值为止。图１０-１０　摩擦焊接过程示意图ｎ—工作转速　—摩擦压力　—顶锻压力Δ—摩擦变形量Δ—顶锻变形量　Ｐ—摩擦加热功率　—摩擦加热功率峰值ｔ—时间　—摩擦时间　—实际摩擦加热时间—实际顶锻时间2.摩擦焊接产热(１)摩擦加热功率　摩擦加热功率的大小及其随摩擦

6、时间的变化，决定了焊接温度及其温度场的分布，直接影响接头的加热过程、焊接生产率和焊接质量，同时也关系到摩擦焊机的设计与制造。(２)摩擦焊接表面温度　摩擦焊接表面的温度会直接影响接头的加热温度、温度分布、摩擦系数、接头金属的变形与扩散。图１０-１１　摩擦加热功率分布图10.2.2摩擦焊焊接工艺1.工艺特点2.接头形式设计３.摩擦焊焊接参数４.焊接参数对接头质量的影响1.工艺特点１)焊接施工时间短，生产效率高。２)因焊接热循环引起的焊接变形小，焊后尺寸精度高，不用焊后校形和消除应力。３)机械化、自动化程度高，焊接质量稳

7、定。４)适合各类异种材料的焊接，对常规熔化下不能焊接的铝-钢、铝-铜、钛-铜、金属间化合物-钢等都可以进行焊接。５)可以实现同直径、不同直径的棒材和管材的焊接。６)焊接时不产生烟雾、弧光以及有害气体等，不污染环境。１)对非圆形截面焊接较困难，所需设备复杂；对盘状薄零件和薄壁管件，由于不易夹固，施焊也比较困难。２)对形状及组装位置已经确定的构件，很难实现摩擦焊接。３)接头容易产生飞边，必须焊后进行机械加工。４)夹紧部位容易产生划伤或夹持痕迹。2.接头形式设计１)在旋转式摩擦焊的两个工件中，至少要有一个工件具有回转断面

8、。２)焊接工件应具有较大的刚度，夹紧方便、牢固，要尽量避免采用薄管和薄板接头。３)同种材料的两个焊件断面尺寸应尽量相同，以保证焊接温度分布均匀和变形层厚度相同。４)一般倾斜接头应与中心线成３０°～４５°的斜面。５)对锻压温度或热导率相差较大的异种材料焊接时，为了使两个零件的顶锻相对平衡，应调整界面的相对尺寸；为了防止高温下强度低的工件端面金属产生过多的变形流