特种焊接技术摩擦焊129页PPT

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摩擦焊的应用
各类同质、异质金属连接
汽车半轴、汽车凸轮轴、汽车动力转向轴节点、汽车前 后桥、发动机汽门顶杆、集成齿轮、拨叉、花键套管、 连轴器、传动轴、驱动桥壳、制动凸轮、排气阀、液压 油缸推杆、气囊充气器、涡轮增压器转子 、印刷机滚 子、电机轴、船用马达驱动轴、石油与地质钻杆、长冲 程超高强度抽油杆、双金属轴瓦、双金属刀具、铜铝导 电接头等
d-35s
e-40s
f-55s
稳态焊敷阶段
400kgf– 1825rpm– 2.2mm/s
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搅拌摩擦点焊 FSSW
（Friction Stir Spot Welding）是FSW中的特定 形式，是针对汽车铝结构车 身的连接而进行开发研究的
FSSW装置安装在机器人臂 上，施焊时由机器人臂移到 要焊部位，夹紧臂下降夹紧 要焊的板，然后搅拌头下降 进行焊接，焊接结束后松开 夹紧臂，整个装置由机器人 臂移到新的点焊位置
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惯性摩擦焊过程
旋转焊件与飞轮相连。 焊接时飞轮被加速到设 定转速，以动能形式储 存能量，随后电动机与 主轴脱离 储存在飞轮中的动能通 过摩擦逐渐转换为热能， 而飞轮转速则不断降低， 至主轴停止转动
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线性摩擦焊 LFW
LFW焊接过程
摩擦副一侧工件被一对 往复机构驱动着相对于 另一侧被夹紧的工件表 面作相对运动，并在其 轴向施加压力下，随着 摩擦运动的进行，摩擦 表面被清理并产生摩擦 热，摩擦表面的金属逐 渐达到粘塑性状态并产 生变形，形成飞边。然 后，停止往复运动并施 加顶锻力，完成焊接
LinFricTM型线性摩擦焊机
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线性摩擦焊
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线性摩擦焊接
主要适用于多数的热塑性部件，包括非晶态的和 半晶质的

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二、塑料的超声波焊
• 塑料焊接时，通常尽量将焊件的结合面置于谐振曲线的波节点上，以便在这里释放出最高的局部热量，以 使材料受热熔化达到焊接的目的。
• 塑料超声波焊机一般由超声波发生器、焊压台和焊具三大部分组成。
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优点
• 1．焊接效率高，焊接时间不超过1s。 • 2．焊前焊件表面可不处理，由于残存在塑料零件上的水、油、粉末、溶液等不会影响正常焊接，因而特别
• 1．电子工业 • 2．电器工业 • 3．包装工业 • 4．航空航天及核能工业 • 5．塑料工业 • 6．其他应用
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6.2 超声波焊的工艺设备
• 6.2.1 超声波焊的工艺 • 6.2.2 超声波焊设备
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6.2.1 超声波焊的工艺
• 一、接头设计 • 二、焊件表面准备 • 三、上声极的选用 • 四、焊接参数的选择
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6.1.1 超声波焊基本原理
• 一、基本原理 • 二、接头形成过程
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一、基本原理
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二、接头形成过程
• 1．振动摩擦阶段 • 2．温度升高阶段 • 3．固相接合阶段
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6.1.2 超声波焊的种类
• 根据超声波弹性振动能量传入焊件的方向，超声波焊可分成两类：一类是振动能由切向传递到焊件表面而 使焊接界面之间产生相对摩擦 。
式可以匹配较快的控制程序。
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4. 程序控制器
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二、部分国产超声波点焊机的型号及技术参数
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6.3 典型材料的超声波焊

第六章 焊接操作
第六章 焊接操作
第六章 焊接操作
第六章 焊接操作
第六章 焊接操作
第六章 焊接操作
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手工钨极氩弧焊
焊接的特殊性
按照ISO的原则，做任何一件事，必须明确：由谁去 做？用什么去做？怎样去做？
对于焊接来说，就是焊工资格，焊接材料设备和焊接 工艺评定/焊接工艺规程，这三个主要问题。
生产 企业
焊工技 能培训
焊接工 艺评定
焊接工 艺规程
焊工考 试取证
焊接材 料认证
焊接设 备工具
产品 焊接
焊接的特殊性
第一节 氩弧焊工作原理及分类
工作原理
钨极氩弧焊是利用惰性气体----氩气保护，用钨棒做电极的一种 电弧焊焊接方法。焊接时钨极不熔化。这种不熔化极氩弧焊又称钨 极氩弧焊，简称TIG焊。
焊接过程如图5-19所示，从喷嘴中喷出的氩气在焊接区造成一个 厚而密的气体保护层隔绝空气，在氩气层流的包围之中，电弧在钨 极和焊件之间燃烧，利用电弧产生的热量熔化待焊处和填充焊丝， 把两块分离的金属连接在一起，从而获得牢固的焊接接头。
• 焊接涉及电弧、飞溅、易燃、易爆，是一项有一定 危险性的作业； • 焊接本身因为有毒、有害气体、弧光、烟尘、高温； 还是一项艰苦的工作； • 焊接的质量直接涉及结构的安全，特别是压力容器、 桥梁、船舶、高层钢结构建筑等； • 因此，焊接作为特种作业中重要的一类，特别地受 到社会各方面的关注。 • 焊接技能培训和焊工安全培训是焊接生产企业必不 可少的两件大事。
实际工作中，通常根据试焊情况选择流量，流量合 适时，保护效果好，熔池平稳，表面明亮，没有渣 ，焊缝外形美观，表面没有氧化痕迹。

现代连接技术
材料科学与工程学院
现代连接技术
现代连接技术
——摩擦焊 汇报人： 指导教师：
西南石油大学材料科学与工程学院
现代连接技术
摩擦焊技术

摩擦焊的定义 摩擦焊基本原理 摩擦焊的特点 摩擦焊的分类 摩擦焊的应用 摩擦焊的焊接设备 摩擦焊焊接工艺 传统摩擦焊接头质量控制
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现代连接技术
摩擦焊焊接工艺——CDFW
（1）转速和摩擦压力 当工件的直径一定时，转速就代表摩擦速度。一般将达到焊接 温度时的转速称为临界摩擦速度，为了使变形层加热到金属材料的 焊接温度，转速必须大于临界摩擦速度。 摩擦压力对焊接接头的质量有很大影响，为了产生足够的摩擦 加热功率，保证摩擦表面的全面接触，摩擦力不能太小。摩擦力大 时，接头的温度梯度大，变形层金属不易被氧化。一般情况下摩擦 力为定值，但是为了满足工艺要求，还可以不断上升，或采用两级 或三级加压。 （2）摩擦时间与摩擦变形量 摩擦时间短，焊接表面加热不完全，不能形成完整的塑性变形 层，接头上的温度和温度分布不能满足焊接质量要求。摩擦时间过 长，接头温度分布宽，高温区金属容易过热，摩擦变形量大，飞边 大，消耗的热量多。
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摩擦焊的特点
摩擦焊也有如下缺点和局限性 （1）对非圆形截面焊接较困难，所需设备复杂；对盘状薄 零件和薄壁管件，由于不易夹固，焊接也比较困难。 （2）对形状及组装位置已经确定的构件，很难实现摩擦焊 接。 （3）接头容易产生飞边，一般焊后需要进行机械加工。 （4）夹紧部位容易产生划伤或夹持痕迹。
图4 连续驱动摩擦焊接基本结构
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减速的 e, 点开始，到主轴停 止转动的g 点为止。它是摩擦 加热过程和顶锻焊接过程的过 渡阶段，具有双重特点。这个 阶段是焊接过程的重要阶段， 直接影响到接头的焊接质量， 因此要严格控制这个时间。
图10 摩 擦 焊 接 过 程 示 意 图 n—工作转速 py—摩擦压力 P.一顶锻压力 △l,一摩擦变形量 △1.一顶锻变形量 P— 摩擦加热功率 P.. 一摩擦加热功率峰值 t一时间 I,—摩擦时间 a— 实际摩擦加热时间 1.一实际顶锻时间
点开始，到摩擦加热功率显 著增大的B 点为止。摩擦开 始时，由于摩擦焊接表面存 在氧化膜、油、灰尘和吸附 着一些气体，使得摩擦系数 小，随后摩擦压力逐渐增大， 摩擦加热功率慢慢增加使得 焊件表面的温度上升。
图10 摩擦焊接过程示意图 n—工作转速 Py一摩擦压力 p.一顶锻压力 △l,一摩擦变形量 △/.一顶锻变形量 P— 摩擦加热功率 P.— 摩擦加热功率峰值 t一时间 I,—摩擦时间 tx—实际摩擦加热时间 1.一实际顶锻时间
摩擦焊焊接工艺特点
（1）焊接施工时间短，生产效率高。 （2 ）焊接热循环引起的焊接变形小，焊后尺寸精度高，不
用焊后校形和消除应力。 （3 ）机械化、自动化程度高，焊接质量稳定。当给定焊接
条件后，操作简单，不需要特殊的焊接技术人员。 （4 ）适合各类异种材料的焊接，对常规熔化下不能焊接的
铝-钢、铝-铜、钛-铜、金属间化合物-钢等都可以进行焊接。 （5 ）可以实现同直径、不同直径的棒材和管材的焊接。 （6 ）焊接时不产生烟雾、弧光以及有害气体等，不污染环
n/r.minT
摩擦焊接过程
(3)稳定摩擦阶段 从摩擦加热功率稳定值d 点起 到接头形成最佳温度分布的 e 点为止。 e 点与工件开始停止 旋转的e,, 顶锻压力开始上 升的 f 点以及顶锻变形的开始 点，它们在时间上是重合的。 在这个阶段中，各焊接工艺参 数的变化趋于稳定，只有摩擦 变形量不断增大，飞边增大， 接头的热影响区增宽。

焊接变形和应力
焊接发生变形和应力的原因和危害
焊接过程中对焊件不均匀的加热和冷却，是导致焊件产生 变形和应力的主要原因，另一个原因是当熔池的金属由液 态变为固态时，或从高温降为常温时，由于焊缝收缩，体
上的第二名，有次，班上的第一名─柏济，患了大病。 有同学私下为诺贝尔高兴：柏济生病了，以后第一名就
LOGO 电焊工培训PPT 非你莫属了！，诺贝尔并不为此沾沾自喜，反而将在学
校所学的知识，整理成完整的笔记，给无法上学的柏济， 到了学期末，柏济还是维持第一名，诺贝尔名列第二。 诺贝尔长大后，成为一位卓越的科学家，后来因发明而 成为钜富，不过
到了老地方开杂
03
CONTENTS
基础焊接培训 焊接变形和应力 焊接的安全防护
货店的丹丹家，等待着一年一度的保留捉迷藏的又一次 开幕。我也不甘示弱跟去了。首先，当然是一如既往地 确定下谁来当第一个特务。十几个小孩围成了一个圆圈， 高高举起自己的一只手，同时盯着别人的拳头。黑、哈、
01 黑一次又一次地划拳，胜出的人幸灾乐祸地离开了这不
宜久留之地，圆圈也就越变越小。我还真够倒霉的，竟 是后一个脱离这苦海的，弄得我冒了一身冷汗;而那挣 扎不出来的婷婷只好愁眉紧锁地走到树边，抱着大树， 数起了阿拉伯数字。_一出来，所有的伙伴儿纷纷撒腿 向四面八方奔去。我飞跑到屋后，向四周扫射一圈，祈 祷着一个隐蔽的地方能被我一个人开掘出来。终于，我
基础焊接培训 看到了一个堆着红薯的坑，上面搭了几根竹裘，竹裘上
人缘变好，倘若不，大家会认为你吝啬，倘若懂得喷想
目录 会非常快乐，大家会认为你大方，而跟你非常友好，我
希望自己成为懂得的人。童年的小时候的冬季，捉迷藏 是我们村里火爆的。每当万物凋零的时候，也就是语一、

摩擦焊焊接设备
4、夹头 夹头分为旋转和固定两种。为了使夹持牢靠， 不出现打滑旋转、后退、振动等，夹头与工件的 接触部分硬度要高，耐磨性要好。 5、控制系统 控制系统包括焊接操作程序控制和焊接参数 控制等。 程序控制即控制摩擦焊机按预先规定的动作次 序完成送料、夹紧焊件、主轴旋转、摩擦加热、 顶锻焊接、切除飞边和退出焊件等操作。
•
摩擦焊的应用
轴承组——平衡油缸液力平衡旋转活塞，多片式粉末冶金 涂层离合器，滚动导轨和可编程序控制器（PLC）控制等 多项先进技术，使焊机制造水平有了较大的提高。 随着实际生产的需要。国内对于其它型式的摩擦焊机也 进行了研制，如长春焊接设备厂研制了小吨位的惯性焊机， 相位摩擦焊机，哈尔滨焊接研究所研制了具有形变热处理 功能带机上淬火装置及自动去飞边装置的混合式摩擦焊机， 变频调速相位摩擦焊机。哈尔滨量具刃具厂研制了20T双 头摩擦焊机，中国兵器工业第五九研究所研制了小吨位径 向摩擦焊机[5]，北京赛福斯特技术有限公司研制了系列搅 拌摩擦焊机等等，这些焊机有的技术指标和制造水平已达 到或接近国外同类焊机的水平。
摩擦焊焊接工艺
4）端面垂直度一般小于直径的1%，过大会造成 不同轴度的径向力。 3、焊接参数 连续驱动摩擦焊的焊接参数主要包括主轴转速、 摩擦压力、摩擦时间、顶锻压力、顶段时间、变 形量等。 （1）转速和摩擦压力 当工件的直径一定时，转速就代表摩擦速度。 一般将达到焊接温度时的转速称为临界摩擦速度， 为了使变形层加热到金属材料的焊接温度，转速 必须大于临界摩擦速度。
摩擦焊焊接工艺
9） 待焊表面应避免渗氮、渗碳等。 10）设计接头形式的同时，还应注意工件的长度、直径 公差、焊接端面的垂直度、平面度和粗糙度。 2、接头表面准备 焊接前还需对焊件作如下处理 1) 焊件的摩擦端面应平整，中心部位不能有凹面或中 心孔，以防止焊缝中含空气和氧化物。 2) 当结合面上具有较厚的氧化层、镀铬层、渗碳层或 渗氮层时，常不易加热或被挤出，焊前应进行清除。 3）摩擦焊对焊件结合面的粗糙度、清洁度要求并不严 格，如果能加大焊接缩短量，则气割，冲剪、砂轮磨 削、锯断的表面均可直接施焊。

，也存在如下定缺点: (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比较困难。 (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
h)角接
搅拌摩擦焊作为一种新型连接技术，也存在如下定缺点: (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比较困难。 (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
图5 搅拌摩擦焊示意图
4.嵌入摩擦焊(Friction plunge welding)
嵌入摩擦焊是利用摩擦焊原理 把相对较硬的材料（工件1）嵌入到 较软的材料（工件2）中。如图所示， 两个焊件之间相对运动所产生的摩 擦热使得较软材料局部呈现热塑性 状态，并在拘束肩的作用下产生塑 性变形，流入预先加工好的硬材料 的凹区中，拘束肩迫使软材料紧紧 包住硬材料的连接头，当转动停止、 焊件冷却后，即形成可靠接头。如 图6所示。
六、材料的摩擦焊接性
材料的摩擦焊接性是指材料在一定的摩擦焊工艺条件下，获得优质 摩擦焊接接头的能力。所谓优质接头，是指接头与母材等强度、等塑性 。摩擦焊具有广泛的工艺适应性，适用于摩擦焊的材料有金属材料、陶 瓷材料、复合材料、塑料等。 影响材料摩擦焊接性的因素主要有：
(1)材料的互溶和扩散性
(2)材料表面的氧化膜是否易破碎 表面氧化膜易破碎的金属的摩擦

U形坡口的填充金属量在焊件厚度相同的条件下比V形 坡口小得多，但这种坡口的加工较复杂。
（1）V型坡口：钢板厚度在7mm~40mm时, 常采用V形坡口。其形 式有：V型·钝边V型·单边V型·单边钝边V形坡口四种。V形坡口的 特点是加工容易, 但焊后角变形较大。 （2）X形坡口：钢板厚度为12mm~16mm时可采用X形坡口也称双 面V形坡口 （3）U形坡口：U形坡口有U形·单边U形·双面U形。 U形坡口的特点是焊缝金属量最少，焊件变形小，焊缝金属中母材 金属占的比例也小。但这种坡口加工困难，一般应用在较重要的焊 接结构中。
（3）根部间隙:焊前在接头根部之间预留的间隙，见 图2-10其作用在于打底焊时能保证焊透，根部间隙又 叫装配间隙。
（4）钝边: 焊件开坡口时，沿焊件接头坡口根部的端 面直边部分叫钝边。见图2-10。
（5）根部半径 :在J形、U形坡口底部的圆角半径叫根 部半径（见图2-10）。它的作用是增大坡口根部的空 间，以便焊透根部。
按较厚钢板的尺寸数据来选取；否则应在厚板上
作出如图2-6所示的单面或双面削薄，其削薄长
度L≥3 （δ-δ1）.
较薄板厚度δ1
≤2~5 ＞5~9 ＞9~12 ＞12
允许厚度差（δ-δ1） 1
2
3
4
将接头开成一定角度叫做坡口角度。其目是使接头根 部焊透，及便于清除熔渣，获得良好的焊缝成型。钝 边，是为了防止烧穿，但钝边的尺寸应保证第一层能 焊透。根部间隙也是为了保证接头根部焊透。对接接 头的坡口形式可分为：
三、焊接位置种类
根据GB/T3375—94《焊件术语》的规定，焊件 位置，即熔焊时，焊件接缝所处的空间位置，可 用焊缝倾角和焊缝转角来表示。有平焊、立焊、 横焊和仰焊位置等。（焊缝就是焊件经焊接后形 成的结合部分。）焊缝按不同方法可分下面几种

(６)顶锻维持阶段(ｔ６) 该阶段从顶锻压力的最高点ｈ开场，到接头温度冷 却到低于规定值为止。
图１０-１０ 摩擦焊接过程示意图 ｎ—工作转速 —摩擦压力 —顶锻压力 Δ —摩擦变形量
Δ —顶锻变形量 Ｐ—摩擦加热功率 —摩擦加热功率峰值 ｔ—时间 —摩擦时间 —实际摩擦加热时间 —实际顶锻时间
2.摩擦焊接产热
ｃ)４０００ｒ／ｍｉｎ
(１)摩擦加热功率 摩擦加热功率的大小及其随摩擦时间的变化，决定了焊接 温度及其温度场的分布，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。 (２)摩擦焊接外表温度 摩擦焊接外表的温度会直接影响接头的加热温度、温 度分布、摩擦系数、接头金属的变形与扩散。
图１０-１１ 摩擦加热 功率分布图
1.焊接过程 2.摩擦焊接产热
1.焊接过程
(１)初始摩擦阶段(ｔ１) 此阶段是从两个工件开场接触的ａ点起，到摩擦加 热功率显著增大的ｂ点止。 (２)不稳定摩擦阶段(ｔ２) 不稳定摩擦阶段是摩擦加热过程的一个主要阶段， 该阶段从摩擦加热功率显著增大的ｂ点起，越过功率峰值ｃ点，到功率稳定 值的ｄ点为止。 (３)稳定摩擦阶段(ｔ３) 稳定摩擦阶段是摩擦加热过程的主要阶段，其范围 从摩擦加热功率稳定值的ｄ点起，到接头形成最正确温度分布的ｅ点为止， 这里的ｅ点也是焊机主轴开场停车的时间点(可称为ｅ′点)，也是顶锻压力开 场上升的点(图１０-１０的ｆ点)以及顶锻变形量的开场点。 (４)停车阶段(ｔ４) 停车阶段是摩擦加热过程至顶锻焊接过程的过渡阶段， 是从主轴和工件一起开场停车减速的ｅ′点起，到主轴停顿转动的ｇ点止。 (５)纯顶锻阶段(ｔ５) 从主轴停顿旋转的ｇ(或ｇ′)点起，到顶锻压力上升至 最大位的ｈ点为止。
2.接头形式设计