摩擦焊连接方法与基本原理焊接成型原理课长春.ppt

1.“灰斑”缺陷 “灰斑”是一种焊接缺陷在断口上的表现形式，它在断口上一般表现为暗灰色平斑状，无金属光泽，一般为近似圆形、椭圆形或长条形，与周围金属有明显的分界，无显著塑性变形，具有明显的沿焊缝断裂的特征。微观上看，“灰斑”是由焊合区破碎或未破碎的夹杂物与基体金属的界面为空穴形成核心，在外力作用下不断扩展，最终聚合成密集细小的浅韧窝，在宏观上表现为脆性断裂。 根据扫描电镜分析和X射线能谱分析,“灰斑”缺陷系由以Si、Mn为主的低塑性物质组成。一般认为其形成机理为:由于焊接部位母材内部存在的一些夹杂物,在摩擦加热、顶锻加压时被碎化而进人焊接面,但又未被完全挤出，从而形成“灰斑”。 2. 焊接裂纹 摩擦焊接头上的裂纹主要出现在焊合区边缘飞边缺口部位、焊合区内部、近缝区及飞边上。飞边缺口裂纹沿焊合区向内扩展，其产生与材料的淬硬性及焊接参数有关。 有限元分析表明，当焊合区两侧塑性区较宽、顶锻力过大时，会在焊合区周边部位产生较大的拉应力，这是形成飞边缺口裂纹的主要原因。 异种材料焊接时可能在焊合区内部产生裂纹。脆性材料(陶瓷)或易淬硬材料(高速钢)与其它异种材料焊接时，在焊后或热处理后会产生由飞边缺口部位起裂，并向脆性材料一侧近缝区内部扩展的环状裂纹，这类裂纹的产生与焊接接 头内部的残余应力分布及焊接过程中脆性材料的损伤有关。 飞边裂纹是指飞边上沿径向或环向开裂的裂纹，其产生的原因主要是焊合区温度不当(过高或过低)，飞边金属塑性低，以及焊接变形速度(特别是顶锻速度)过快。通过改变焊接转速及顶锻速度可有效地防止飞边裂纹的产生。 3. 未焊合 未焊合一般产生于焊接接头的焊合面上，其表面宏观特征呈氧化颜色。在断口上表现为摩擦变形特征及其上分布的氧化物层，氧化物主要是焊接过程中在高温形成的 FeO。另外，结合表面上的氧化物、油污、杂质及凹坑等也会在焊合面上造成“未焊合”缺陷。它的产生与摩擦加热不足、顶锻力过小及原始表面状态等因素有关。 另外，摩擦焊接头中还会出现焊缝脱碳、过热组织、淬火组织等缺陷。 摩擦焊接头中出现非理想结合的缺陷时，会使接头的抗断能力下降至几分之一甚至几十分之一。如当“灰斑，，面积为20%～40%时，焊合区冲击功可下降70%～80% ，疲劳寿命下降25%～50%。因此，对摩擦焊接头进行无损检测，对于保证焊件的性能与安全是非常重要的。 由于摩擦焊焊接缺陷具有二维、弥散和近表面分布的特征，故应采用高聚焦性能和高分辨力的无损检测技术。目前摩擦焊接头的无损检测主要以超声波和渗透检测技术为主，再辅以视觉检查。表9.2给出了检验摩擦焊接头常用的方法及适用的范围。 9.5.2 摩擦焊接头的无损检测 摩擦焊是利用焊件接触面之间的相对摩擦运动和塑性流动所产生的热量来实现焊接的，在摩擦焊接过程中，金属摩擦表面从低温到高温变化，摩擦表面上存在着一个高速摩擦塑性变形层，这就是摩擦焊的热源，摩擦焊热源的功率和温度不仅取决于焊接工艺规范参数，还受到焊接工件材料、形状、尺寸和焊接表面准备情况的影响。摩擦焊属于固相焊接。 最基本的两种摩擦焊工艺是连续驱动摩擦焊和惯性摩擦焊。摩擦焊接过程，是焊接表面金属在一定的空间和。 本章小结 时间内，金属状态和性能发生变化的过程。连续驱动摩擦焊焊接过程的一个周期，可分成摩擦加热过程和顶锻焊接过程两部分，主要工艺参数有转速、摩擦压力、摩擦时间、停车时间和顶锻时间以及顶锻压力和顶锻变形量等。惯性摩擦焊工艺参数主要有飞轮转动惯量、飞轮初速、轴向压力。 摩擦焊连接界面上会出现一些“非理想结合”的缺陷，如裂纹、未焊合、夹杂、金属间化合物、错叠等，摩擦焊接头的无损检测主要以超声波和渗透检测技术为主，再辅以视觉检查。 LOGO 焊接成型原理 长春工业大学材料科学与工程学院 课件制作：徐世伟 指导教师：刘耀东 第九章 摩擦焊连接方法与基本原理 摩擦焊(Friction Welding)是一种压焊方法，它是在外力作用下，利用焊件接触面之间的相对摩擦运动和塑性流动所产生的热量，使接触面及其临近区金属达到粘塑性状态并产生适当的宏观塑性变形，通过两侧材料间的相互扩散和动态再结晶而完成焊接的。 Contents 摩擦焊基本原理 摩擦焊分类 摩擦焊接过程分析 摩擦焊规范参数 9.1 9.2 9.3 9.4 摩擦焊接头的缺陷及检测 9.5 §9 .1 摩擦焊基本原理 图9一1是摩擦焊的基本形式，两个圆断面的金属工件摩擦焊前，工件1夹持在可以旋转