摩擦焊技术资料3.ppt

摩擦焊连接原理与工艺 讲座：张翠珠 主要内容 摩擦焊原理与分类 惯性摩擦焊 搅拌摩擦焊 摩擦焊设备 定义 摩擦焊是利用焊件相对摩擦运动产生的热量来实现材料可靠连接的一种压力焊方法。其焊接过程是在压力的作用下，相对运动的待焊材料之间产生摩擦，使界面及其附近温度升高并达到热塑性状态，随着顶锻力的作用界面氧化膜破碎，材料发生塑性变形与流动，通过界面元素扩散及再结晶冶金反应而形成接头。 一、摩擦焊原理及分类 1．1 摩擦焊的分类 摩擦焊的方法很多，一般根据焊件的相对运动和工艺特点进行分类，主要方法如图1所示。在实际生产中，连续驱动摩擦焊、相位控制摩擦焊、惯性摩擦焊和搅拌摩擦焊应用的比较普遍。 通常所说的摩擦焊主要是指连续驱动摩擦焊、相位控制摩擦焊、惯性摩擦焊和轨道摩擦焊，统称为传统摩擦焊，它们的共同特点是靠两个待焊件之间的相对摩擦运动产生热能。而搅拌摩擦焊、嵌入摩擦焊、第三体摩擦焊和摩擦堆焊，是靠搅拌头与待焊件之间的相对摩擦运动产生热量而实现焊接。 一、摩擦焊原理及分类 1．2 摩擦焊原理 同种材质焊接时，最初界面接触点上产生犁削-粘合现象。由于单位压力很大，粘合区增多。继续摩擦使这些粘合点产生剪切撕裂，金属从一个表面迁移到另一个表面。界面上的犁削-粘合-撕裂过程进行时，摩擦力矩增加时界面温度增高。当整个界面上形成一个连续塑性状态薄层后，摩擦力矩降低到一最小值。界面金属成为塑性状态并在压力作用下不断被挤出形成飞边，工件轴向长度也不断缩短 异种金属的金额和机理比较复杂，除了犁削-粘合-剪切撕裂无力现象外，金属的物理与力学性能、相互间固溶度及金属间化和物等，在结合机理中都会起作用，焊接时由于机械混合和扩散作用，在结合面附近很窄的区域内有可能发生一定程度的合金化，这一薄层的性能会对整个接头的性能有重要影响。机械混合和相互镶嵌对结合也会有一定作用。这种复杂性使得异种金属的摩擦焊接性很难预料。 1.2.1． 连续驱动摩擦焊 连续驱动摩擦焊原理如图2所示，是在摩擦压力的作用下被焊界面相互接触，通过相对运动进行摩擦，使机械能转变为热能，利用摩擦热去除界面的氧化物，在顶锻力的作用下形成可靠接头。该过程所产生的摩擦加热功率为 P＝μkρυ 式中 P——摩擦加热功率； μ——摩擦系数； k——系数； ρ——摩擦压力； ?——摩擦相对运动速度。 1.2.2 惯性摩擦焊 图3是惯性摩擦焊接示意图，工件的旋转端被夹持在飞轮里，焊接过程开始时首先将飞轮和工件的旋转端加速到一定的转速，然后飞轮与主电机脱开，同时，工件的移动端向前移动，工件接触后开始摩擦加热。在摩擦焊加热过程中，飞轮受摩擦扭矩的制动作用，转速逐渐降低，当转速为零时，焊接过程结束。惯性摩擦焊的飞轮储存的能量A与飞轮转动惯量J和飞轮角速度ω的关系为 对实心飞轮,式中 G——飞轮重力； R——飞轮半径； g——重力加速度。 惯性摩擦焊的主要特点是恒压、变速，它将连续驱动摩擦焊的加热和顶锻结合在一起。在实际生产中，可通过更换飞轮或不同尺寸飞轮的组合来改变飞轮的转动惯量，从而改变加热功率。 1.2.3 相位摩擦焊 相位摩擦焊主要用于相对位置有要求的工件，如六方钢、八方钢、汽车操纵杆等，要求工件焊后棱边对齐、方向对正或相位满足要求。在实际应用中，主要有机械同步相位摩擦焊、插销配合摩擦焊和同步驱动摩擦焊。 （1）机械同步相位摩擦焊 如图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。摩擦结束时，切断电源并对驱动主轴制动，在主轴接近停止转动前松开制动器，此时立即压紧校正凸轮，工件间的相位得到保证，然后进行顶锻。 1.2.3 相位摩擦焊 （2）插销配合摩擦焊 如图5所示，相位确定机构由插销、插销孔和控制系统组成。插销位于尾座主轴上，尾座主轴可自由转动，在摩擦加热过程中制动器B将其固定。加热过程结束时，使主轴制动，当计算机检测到主轴进入最后一转时，给出信号，使插销进入插销孔，与此同时，松开尾座主轴的制动器B，使尾座主轴能与主轴一起转动，这样，即可保证相位，又可防止插销进入插销孔时引起冲击。 （3）同步驱动摩擦焊 采用两个电动机驱动，为了保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。 1.2.4 径向摩擦焊 径向摩擦焊的原理如图6所示