特种焊接技术PPT课件4-4 传统摩擦焊热源分析.pptVIP

* * 传统摩擦焊热源分析 《特种焊接技术》系列微课之 传统摩擦焊热源分析 目 录 01 问 题 导 入 知 识 点 讲 解 思考与练习 02 03 摩擦焊原理及分类 1 摩擦焊的热源？加热功率受哪些因素影响？ 2 摩擦焊表面温度与哪些焊接参数有关？ 问 题 导 入 摩擦焊的热源——金属摩擦表面上高速摩擦形成的塑性变形层。 塑性变形层是以两焊件摩擦表面为中心的金属质点，在摩擦压力和摩擦转矩的作用下，沿焊件径向力与切向力的合成方向作相对高速摩擦运动的塑性变形层。 塑性变形层的温度就是摩擦焊热源的温度。 传统摩擦焊热源分析 01 摩擦加热功率 摩擦加热功率就是焊接热源的功率，摩擦加热功率的大小及其随时间的变化关系，会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。 圆形焊件采用连续驱动摩擦焊时，接合面的摩擦加热功率的计算公式： P=K1P1nμR3 式中 P—摩擦加热功率； K1—常数； P1—摩擦压力； N—工件转速； μ—焊件金属接合面摩擦因数； R—焊件半径(mm)； 传统摩擦焊热源分析 01 摩擦加热功率 圆形焊件接合面的摩擦加热功率的计算公式： 焊件半径、主轴转速和摩擦压力通常都是常数，因此，摩擦加热功率的变化规律只和摩擦因数有关。功率为峰值时，摩擦因数也是最大值，摩擦因数大约在0.2～2之间变化。 P=K1F1nμR3 传统摩擦焊热源分析 01 摩擦加热功率 实际上摩擦压力Pf不是常数。 在t1和t2的前期，当摩擦表面还没有全面产生塑性变形时，主要是弹性接触，摩擦压力在中心高，外圆低。沿摩擦焊接表面半径R的摩擦加热功率最大值不在外圆处，而在距圆心2R/3左右的地方。 在t3阶段，摩擦表面全部产生塑性变形，成为塑性 接触时，才可认为Pf 等于常数。 传统摩擦焊热源分析 01 摩擦加热功率 摩擦系数μ也不是常数。 摩擦系数μ在初始摩擦和不稳定摩擦阶段也不是常数。由塑性变形、机械挖掘和相互粘结的表面金属组成的高速摩擦塑性变形层即热源，在距圆心R /2~2R/3处形成了环状加热带。 随着摩擦加热的进行，环状加热带向圆心和外圆迅速扩展。摩擦加热扭矩峰值或功率峰值通常在表面加热到70%左右时出现。趋于平衡时，才可认为μ等于常数。 传统摩擦焊热源分析 摩擦焊接表面温度就是摩擦焊热源的温度，它将直接影响接头的加热温度及分布状况以及接头金属的变形与扩散。 摩擦焊接表面的最高温度是受限制的。当工件直径增大、转速增高、摩擦压力适当增加时，热源温度升高；反之，温度降低。 摩擦热源的温度与被焊材料有关，其最高温度不应超过焊件材料的固相线温度。焊接异种金属时，热源温度不应超过低熔点金属的固相线温度。 02 摩擦焊接表面温度 传统摩擦焊热源分析 不同材料和直径的焊件，在不同转速和摩擦压力下焊接时，摩擦焊接表面的稳定温度。 02 摩擦焊接表面温度 焊接材料 试件直径/mm 转速/（ r·min-1） 摩擦压力 /MPa 焊接材料熔点/℃ 焊接表面实测温度 /℃ 45号+45号 15 2000 10 1480 1130 45号+45号 80 1750 20 1480 1380 铝+铜 10 2000 90 660 580 铝+铜 10 2000 140 660 660 铝+铜 10 3000 90 660 580 铝+铜 10 3000 140 660 660 铜+钢 16 2000 24 1083 1030 传统摩擦焊热源分析 摩擦焊热源是通过摩擦把机械功转变成热能加热焊件形成接头的。这个热源就是金属焊接表面上高速摩擦的塑性变形层，其能量集中，加热效率高，产生在焊件的接合端面。 摩擦焊热源的功率和温度不仅取决于焊接参数，还受到焊件材料、形状、尺寸和焊接表面准备情况的影响。热源的最高温度接近被焊金属的熔点。 焊件表面的摩擦不仅产生热量，还能破坏和清除表面的氧化膜。变形层金属的封闭、挤出和不断被高温区金属更新可防止金属的继续氧化。 03 小 结 传统摩擦焊热源分析 The End * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * *