压力焊之摩擦焊.ppt

摩 擦 焊 ???摩擦焊是在轴向压力与扭矩作用下，利用焊接接触端面之间的相对运动及塑性流动所产生的摩擦热及塑性变形热使接触面及邻近区达到粘塑性状态并产生适当的宏观塑性变形，然后迅速顶锻而完成焊接的一种压焊方法。 摩擦焊的分类 摩擦焊原理（以45＃圆棒连续驱动摩擦焊为例） 摩擦焊工艺参数 连续驱动摩擦的主要工艺参数为转速、摩擦压力、摩擦时间、摩擦变形量、停车时间、顶锻时间、顶锻压力、顶锻变形量，其中摩擦变形量和顶锻变形量（总和为缩短量）是其他参数的综合反映。 转速与摩擦压力 直接影响摩擦扭矩、摩擦加热功率、接头温度场、塑性层厚度以及摩擦变形速度等，是摩擦焊接最主要的工艺参数。 摩擦时间（或摩擦变形量） 摩擦时间决定了接头摩擦加热过程，直接影响接头的加热温度、温度分布和焊接质量。摩擦终了的瞬间，接头处应有较厚的变形层或较宽的高温金属区、接头有较小的飞边。 摩擦焊的特点 优点 焊接接头质量高：属固相焊，避免了熔焊时的裂缝、气孔等缺陷，接头组织致密，夹杂物呈弥散分布； 工件变形小，尺寸精度高； 适合于大多数同种或异种金属的焊接； 易于实现机械化、自动化； 高效、节能、环保。 摩擦焊的应用 摩擦焊可以焊接大多数同种或异种金属。高温时，塑性良好的同种金属以及能够互溶、扩散的异种金属，都具有良好的焊接性。高温强度高、塑性低、导热性好的材料不容易焊接，如不锈钢-铜、硬质合金-钢等。活性金属（如钛、锆等） 、淬硬性强的钢材、表面氧化膜不易破碎或有镀膜、渗层及摩擦系数小（如铸铁、黄铜等）的金属很难焊接。 铸钢为Ф100mm×300mm(旋转端)和铸铝Ф100mm×600mm(移动端) 兰州理工大学材料学院 王希靖 搅拌摩擦焊 搅拌摩擦焊过程 搅拌头扎入阶段 是将具有一定转速的搅拌头缓慢扎入接合面内，在扎入过程结束时热循环温度达到最高。随着搅拌头沿焊缝方向行走，热循环温度迅速下降。 搅拌摩擦焊的接头形式 搅拌摩擦焊工艺 搅拌摩擦焊接参数主要包括搅拌头转速n、焊接速度v 、搅拌头仰角和轴肩压力。 铝镁合金的搅拌摩擦焊接头的检测结果。 搅拌摩擦焊的应用 欧洲Fokker宇航公司将搅拌摩擦焊技术用于Ariane 5发动机主承力框的制造，承力框的材料为7075-T7351，主体结构由12块整体加工的带翼状加强的平板连接而成，结构制造中用搅拌摩擦焊代替了螺栓连接，为零件之间的连接和装配提供了较大的裕度，并可减轻结构重量，提高生产效率。 Eclipse 500型商用喷气客机的搅拌摩擦焊焊接构件 嵩嵩 搅拌摩擦点焊 德国搅拌摩擦点焊研究现状 德国设计的点焊搅拌头由三部分合成（分别用蓝、棕和绿色表示），最外面的蓝色部分起压紧作用，当搅拌头开始接触板材时，搅拌头的蓝色部分向下施加一个压力，使得两块板材紧密的结合在一起，中间旋转的轴肩一个是圆筒型的，用棕色表示；探针用绿色表示； 搅拌摩擦焊设备 搅拌摩擦焊的弱点 (1) 目前焊接速度不高 对板材进行单道连接时，焊接速度低于电弧焊。 (2) 焊件的夹持要求较高 不同的结构需要不同的工装夹具，设备的灵活性差。 (3) 焊缝尾端留有“ 匙孔”，需要用其他焊接方法填充。 (4) 焊缝背面需要有垫板，在封闭结构中垫板的取出困难。 (5) 刀头因磨损消耗太快，虽然目前正在尝试用更为耐磨的陶瓷材料替代硬质合金，钴基高温合金等，但陶瓷材料很难达到所需的韧性。 激光辅助搅拌摩擦焊接技术 激光辅助搅拌摩擦焊是近年来提出的一种新型搅拌摩擦焊技术。使用激光作为辅助能源加热工件，搅拌头仅需要较小的力即可搅拌完成连接，从而大大降低搅拌头的损耗，并提高焊接速度。 钢的搅拌摩擦焊 C-Mn钢FSW接头 （细晶组织） C-Mn钢熔焊接头 （粗大柱状晶） C-Mn钢FSW接头表面形貌 相位控制摩擦焊 线性摩擦焊 连续驱动摩擦焊可分为摩擦加热过程与顶锻焊接过程两个过程。 摩擦加热过程又可细分为四个阶段： 初始摩擦阶段(t1)；不稳定摩擦阶段(t2) ；稳定摩擦阶段(t3) ；停车阶段(t4) 。 初始摩擦阶段(t1) ：由于工件端面不平，且存在氧化膜、铁锈、油污等，使得摩擦系数很大。凸凹不平的表面迅速产生塑性变形和机械挖掘现象，破坏氧化膜，使摩擦界面出现同心圆痕迹。 圆心部位的相对旋转速度为零，外缘速度最大；摩擦压力在焊件断面上呈双曲线分布，中心压力最大，外缘最小；温度沿径向分布不均匀，在压力和速度的综合作用下，从距圆心半径2／3的部位温度率先上升。 不稳定摩擦阶段(t2)：此阶段断面温度上升，实际摩擦接触面积增大，加热功率迅速提高。但随着温度的增高，金属塑性增高，强度、韧性显著下降，因此摩擦加热功率又迅速降低到稳定值d点。 加热功率和摩擦扭矩都在c点呈现出最大值，对应温度上升到700℃左右，在不稳定摩擦阶段末，升高