摩擦焊接原理 金属摩擦焊接的原理及工作过程

2020-03-07 00:23:25 来源：朵拉利品网

2, 摩擦焊接技术的特点有哪些

摩擦焊接技术的特点
⑴固态焊接
摩擦焊接过程中，被焊材料通常不熔化，仍处于固相状态，焊合区金属为锻造组织（图5-4）。与熔化焊接相比，在焊接接头的形成机制和性能方面，存在着显著区别。首先，摩擦焊接头不产生与熔化和凝固冶金有关的一些焊接缺陷和焊接脆化现象，如粗大的柱状晶、偏析、夹杂、裂纹和气孔等；其次，轴向压力和扭矩共同作用于摩擦焊接表面及其近区，产生了一些力学冶金效应，如晶粒细化、组织致密、夹杂物弥散分布，以及摩擦焊接表面的“自清理”作用等；再者，摩擦焊接时间短，热影响区窄，热影响区组织无明显粗化。上述三方面均有利于获得与母材等强的焊接接头。这一特点是决定摩擦焊接头具有优异性能的关键因素。
⑵广泛的工艺适应性
上述特点亦决定了摩擦焊接对被焊材料具有广泛的工艺适应性。除传统的金属材料外，还可焊接粉未合金、复合材料、功能材料、难熔材料等新型材料，并且特别适合于异种材料，如铝—铜、铜—钢、高速钢—碳钢、高温合金—碳钢等的焊接，甚至陶瓷—金属、硬质合金—碳钢、钨铜粉末合金—铜等性能差异非常大的异种材料亦可采用摩擦焊接方法连接。因此，为了降低结构成本或充分发挥不同材料各自性能优势而采用异种材料结构时，摩擦焊接是解决连接问题的优选途径之一。对某些新材料，如高性能航空发动机转子部件采用的U700高铝高钛镍基合金和飞机起落架采用的AISI4340(300M)超高强钢等，由于合金元素含量较高，采用熔化焊接可能在焊接或焊后热处理过程中产生裂纹，熔焊焊接性较差，而摩擦焊接已被确认为是焊接这类材料最可靠的焊接方法。
摩擦焊接还具有广泛的结构尺寸和接头形式适应性。现有的摩擦焊机可以焊接截面积为1~161 000 mm2的中碳钢工件。可用于管对管、棒对棒、棒对管、棒（管）对板的焊接，也可将管和棒焊接到底盘及突出部位，在任何位置都可以实现准确定位。
⑶焊接过程可靠性高
摩擦焊接过程完全由焊接设备控制，人为因素影响很小。焊接过程中所需控制的焊接参数较少，只有压力、时间、速度和位移。特别对国外广泛采用的惯性摩擦焊接，当飞轮转速被设定时，实际上只需控制轴向压力一个参数，易于实现焊接过程和焊接参数的自动控制，以及焊接设备的自动化，从而使焊接操作十分简便，焊机运行和焊接质量的可靠性、重现性大大提高。将计算机技术引入到摩擦焊接过程控制中，对焊接参数进行实时检测与闭环控制，可进一步提高摩擦焊接过程的控制精度与可靠性。摩擦压力控制精度可达±0.3MPa，主轴转速控制精度可达±0.1%。
⑷焊件尺寸精度较高
由于摩擦焊接为固态连接，其加热过程具有能量密度高、热输入速度快以及沿整个摩擦焊接表面同步均匀加热等特点，故焊接变形较小。在保证焊接设备具有足够大的刚性、焊件装配定位精确以及严格控制焊接参数的条件下，焊件尺寸精度较高。焊接接头的长度公差和同轴度可控制在±0.25 mm左右。
⑸高效
据美国G.E.公司（即通用电气公司）报道[8]，采用惯性摩擦焊接TF39航空发动机大截面、薄壁（直径为610 mm，壁厚为3.8 mm）压气机盘时，其焊接循环时间仅需3 s左右；美国HUGHES（休斯）公司焊接高强度、大截面石油钻杆（直径127 mm，壁厚为15 mm）的焊接循环时间也只需15 s左右。一般说来，摩擦焊接的生产效率要比其它焊接方法高一倍至一百倍，非常适合于大批量生产。若配备有自动上下料及焊前、焊后辅助工序的机械化装置，生产效率会进一步提高。
⑹低耗
摩擦焊接不需要特殊的焊接电源，所需能量仅为传统焊接工艺的20%左右，亦不需要填加其它消耗材料，如焊条、焊剂、电极、保护气体等，因此是一种节能、低耗的连接工艺。
⑺清洁
摩擦焊接过程中不产生火花、飞溅、烟雾、弧光、高频和有害气体等对环境产生影响的污染源，是一种清洁的生产工艺。
另外，摩擦焊接还具有易于操作、对焊接面要求不高等优点。其局限性是受被焊零件形状的限制，即摩擦副中一般至少要求一个零件是旋转件。目前主要用于圆柱形轴心对称零件的焊接。但近期研究的相位控制摩擦焊接、线性摩擦焊接、搅拌摩擦焊接等成功地解决了轴心不对称且具有相位要求的非圆柱形构件乃至板件对接等焊接问题，进一步扩大了摩擦焊接的应用范围。
总之，摩擦焊接是一种优质、高效、低耗、清洁的先进焊接制造工艺，在高新技术产业和传统产业部门具有巨大的技术潜力和广阔的市场应用前景。通过与计算机、信息处理、软件、自动控制、过程模拟、虚拟制造等高技术的紧密结合，摩擦焊接正在以高新技术面貌展现在人们面前。

3, 摩擦焊接和超声波焊接原理？

摩擦焊机原理：
在压力作用下，通过待焊
工件的摩擦界面及其附近温度
升高，材料的变形抗力降低、
塑性提高、界面氧化膜破碎，
伴随着材料产生塑性流变，通过界面的分子扩散和再结晶而实现焊接的固态方法。
摩擦焊通常由如下四个步骤构成：
1.机械能转化为热能
2.材料塑性变形
3.热塑性下的锻压力
4.分子间扩散再结晶
摩擦焊优势：
摩擦焊相对传统熔焊最大的不同点在于整个焊接过程中，待焊金属获得能量升高达到的温度并没有达到其熔点，即金属是热塑性状态下实现的类锻态固相连接。
相对于传统熔焊，摩擦焊具有焊接头质量高，能达到焊缝强度与基本材料等强度，焊接效率高、质量稳定、一致性好，可实现异种材料焊接等。
Friction welding machine principle:
Under pressure, to be welded by
Friction interface temperature of the work piece and its vicinity
Increased deformation resistance of the material is reduced,
Plasticity increased interfacial oxide film broken,
Along with the material to produce plastic flow interface by molecular diffusion and Re crystallization Solid-state welding method.
Friction welding is generally constituted by the following four steps:
1. the mechanical energy into heat
2. Plastic Deformation
3. The thermoplastic forging force under
4. molecular diffusion and re crystallization
Friction Welding Advantages:
Compared with the traditional friction welding fusion biggest difference is that the entire welding process, the metal to be welded to gain energy to reach elevated temperatures did not reach its melting point, that is, the metal is at a thermoplastic state class that implements the forged solid connection.
Compared with traditional fusion welding, friction welding with high quality welded joints, weld strength and intensity to achieve the basic materials, high welding efficiency, stable quality, consistency, enabling dissimilar material welding.

名词解释

焊接

焊接，，也称作熔接、镕接，是一种以加热、高温或者高压的方式接合金属或其他热塑性材料如塑料的制造工艺及技术。 焊接通过下列三种途径达成接合的目的： 1、熔焊——加热欲接合之工件使之局部熔化形成熔池，熔池冷却凝固后便接合，必要时可加入熔填物辅助，它是适合各种金属和合金的焊接加工，不需压力。 2、压焊——焊接过程必须对焊件施加压力，属于各种金属材料和部分金属材料的加工。 3、钎焊——采用比母材熔点低的金属材料做钎料，利用液态钎料润湿母材，填充接头间隙，并与母材互相扩散实现链接焊件。适合于各种材料的焊接加工，也适合于不同金属或异类材料的焊接加工。 现代焊接的能量来源有很多种，包括气体焰、电弧、激光、电子束、摩擦和超声波等。除了在工厂中使用外，焊接还可以在多种环境下进行，如野外、水下和太空。无论在何处，焊接都可能给操作者带来危险，所以在进行焊接时必须采取适当的防护措施。焊接给人体可能造成的伤害包括烧伤、触电、视力损害、吸入有毒气体、紫外线照射过度等。

摩擦

摩擦（拼音：mó cā），指物体和物体紧密接触，来回移动等。

焊缝

焊缝（英文名：weld），是指焊件经焊接后所形成的结合部分。按焊缝本身截面形式不同，焊缝分为对接焊缝和角焊缝。

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