下载文档原格式
摩擦焊1摩擦焊接概述：摩擦焊接是在轴向压力与扭矩作用下，利用焊接接触端面之间的相对运动及塑性流动所产生的摩擦热及塑性变形热使接触面及其近区达到粘塑性状态并产生适当的宏观塑性变形，然后迅速顶锻而完成焊接的一种压焊方法。
摩擦焊的分类2摩擦焊原理简介：摩擦焊是利用金属焊接表面摩擦生热的一种热压焊接法。
摩擦焊接时，通常将待焊工件两端分别固定在旋转夹具和移动夹具内，工件被夹紧后，位于滑台上的移动夹具随滑台一起向旋转端移动，移动至一定距离后，旋转端工件开始旋转，工件接触后开始摩擦加热。
此后，则可进行不同的控制，如时间控制或摩擦缩短量（又称摩擦变形量）控制。
当达到设定值时，旋转停止，顶锻开始，通常施加较大的顶锻力并维持一段时间，然后，旋转夹具松开，滑台后退，当滑台退到原位置时，移动夹具松开，取出工件，至此，焊接过程结束。
摩擦焊接是一种优质、高效、节能的固态连接技术，被广泛应用于航空、航天、石油、汽车等领域中。
在摩擦焊接过程中，主轴转速、焊接压力、焊接时间以及焊接变形量是影响焊接质量的重要工艺参数。
对这些参数实现精确的检测和控制，是获得优质焊接接头的保障。
因此，研制一套控制精度高、响应速度快、具有丰富的数据处理能力且易于升一级和扩充的开放式控制系统具有重要意义。
摩擦焊流程示意图摩擦焊具有下列优点：（1）焊接质量好而稳定。
由于摩擦焊是一种热压焊接法，摩擦不仅能消除焊接表面的氧化膜, 同时在较大的顶锻压力作用下, 还能挤碎和挤出由于高速摩擦而产生的塑性变形层中氧化了的部分和其它杂质, 并使焊缝金属得到锻造组织。
（2）摩擦焊不仅能焊接黑色金属、有色金属、同种异种金属, 而且还能焊接非金属材料, 如塑料、陶瓷等。
（3）对具有紧凑的回转断面的工件的焊接,都可用摩擦焊代替闪光焊、电阻焊及电弧焊。
并可简化和减少锻件和铸件, 充分利用轧制的棒材和管材。
（4）焊件尺寸精度高。
采用摩擦焊工艺生产的柴油发动机预燃烧室, 全长最大误差为士0.1毫米。
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。
1．2 摩擦焊原理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（1）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。
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Jω2A＝──（2）2GR2J＝──（3）2g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。
摩擦焊相关知识点总结一、摩擦焊的原理摩擦焊的原理是利用摩擦热效应和机械压力使焊件表面发生塑性变形，从而实现焊接。
摩擦焊的工作原理可以概括为以下几个步骤：1. 接触阶段：两个焊件通过机械压力贴合在一起，形成接触面。
同时，旋转摩擦焊工具，使摩擦热由焊接接触面产生，达到加热的效果。
2. 加热阶段：摩擦焊工具将焊接接触面加热至塑性变形温度，使接触面材料软化并产生塑性变形。
3. 搅拌阶段：通过机械压力和旋转摩擦焊工具使焊接接触面产生搅拌效应，使焊件之间的金属颗粒混合在一起，实现焊接。
4. 冷却阶段：停止摩擦热效应，等待焊接接触面冷却固化，形成坚固的焊接接头。
摩擦焊的原理可以表述为摩擦热效应、塑性变形和搅拌效应的综合作用。
通过控制摩擦焊的工艺参数，可以达到理想的焊接效果和焊缝质量。
二、摩擦焊的工艺参数摩擦焊的工艺参数是影响焊接质量和性能的重要因素，包括摩擦焊工具的转速、轴向压力、径向力、加热时间和冷却时间等。
下面分别对这些工艺参数进行详细介绍：1. 转速：摩擦焊工具的转速是影响摩擦热效应的重要参数。
较高的转速可以产生更多的摩擦热，加热焊接接触面更快，但也可能导致过高的焊接温度和金属流动速度，导致焊接质量下降。
因此，在实际操作中需要根据焊接材料的性质和厚度选择合适的转速。
2. 轴向压力：轴向压力是通过摩擦焊工具施加在焊接接触面上的压力，是实现摩擦焊的关键参数。
适当的轴向压力可以保证焊接接触面的紧密贴合，增加金属材料的接触面积，有利于摩擦热的传递和焊接质量的提高。
3. 径向力：对于摩擦搅拌焊接，径向力是对工件施加垂直于焊缝方向的压力。
通过施加适当的径向力可以保证焊接接触面的搅拌效果，防止焊接接触面出现空隙和气孔，提高焊接质量。
4. 加热时间：加热时间是摩擦焊加热阶段的持续时间，通过控制加热时间可以控制焊接接触面的温度和软化程度，影响焊接质量和强度。
5. 冷却时间：冷却时间是摩擦焊冷却阶段的持续时间，通过控制冷却时间可以保证焊接接触面充分冷却和固化，形成坚固的焊接接头。
特种焊接方法与工艺大作业——摩擦焊焊接技术姓名：***学号： 20班级： 10焊接天津滨海职业学院2011年12月摩擦焊焊接技术一、摩擦焊的定义摩擦焊（Friction Welding，FW）是利用焊件接触的端面相对运动中相互摩擦所产生的热，使端面达到热塑性状态，然后迅速顶锻，完成焊接的一种固相焊接方法。
二、摩擦焊的基本原理摩擦焊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。
焊接过程不加填充金属，不需焊剂，也不用保护气体，全部焊接过程只需几秒钟。
两焊件结合面之间在较高的压力下高速旋转相互摩擦产生了两个重要的效果：一是破坏了结合面的氧化膜或其他污物，使纯净金属暴露出来；另一个是摩擦生热，使结合面很快形成热塑性层。
在随后的摩擦扭矩和轴向压力作用下这些破碎的氧化物和部分塑性层被挤出结合面外形成飞边，剩余的塑性变形金属就构成了焊缝金属，最后的顶锻使焊缝金属获得进一步锻造，形成了质量良好的焊接接头。
三、摩擦焊的特点（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，不污染环境。
同时，与闪光焊相比，电能节约5-10倍。
四、摩擦焊的应用目前我国摩擦焊技术的应用比较广泛，可焊接直径3.0～120mm的工件以及8000mm²的大截面管件，同时还开发了相位焊和径向摩擦焊技术，以及搅拌摩擦焊技术。
不仅可焊接钢、铝、铜，而且还成功焊接了高温强度级相差很大的异种钢和异种金属，以及形成低熔点共晶和脆性化合物的异种金属。
如高速钢—碳钢、耐热钢—低合金钢、高温和金—合金钢、不锈钢—低碳钢、不锈钢—电磁铁以及铝—铜、铝—钢等。
近年来随着我国航空航天事业的发展，也加速了摩擦焊技术向这些领域的渗透，进行了航空发动机转子、起落架结构件、紧固件等材料（Ln718Ti17300MGH159GH4169）以及金属与陶瓷、复合材料、粉末高温合金的摩擦焊工艺试验研究，某些电工材料的钎焊工艺也开始用摩擦焊接所取代。
如电磁铁—不锈钢、钨铜合金等。
目前我国采用摩擦焊接方法焊接的产品有：锅炉行业的蛇形管摩擦焊接，阀门行业的阀门法兰和阀体密封座的摩擦焊接，轴瓦行业的止推边轴瓦的摩擦焊接，工具行业的钻头、铣刀、铰刀的刃部与柄部的摩擦焊接，汽车及机车行业发动机的双金属排气阀、气门顶杆、柴油机预热室喷咀、半轴、扭力管、内燃机增压器涡轮轴，潜水电泵转轴，紫铜不锈钢水接头，铝铜过渡接头，纺织机梭子芯，关节轴承，泥瓦工具，地质钻杆，石油钻杆、实心、空心抽油杆，航空发动机集成齿轮，木工多用机床上的刀轴等等。
我国现有六百余台摩擦焊机，绝大部分是连续驱动摩擦焊机。
近年来由于加强了与德国KUKA、日东株氏会社、美国MTI公司等摩擦焊机制造公司的交流与引进样机，焊机先后采用了液压马达驱动的主轴系统，串联轴承组——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。
面对国内市场的需要，摩擦焊机的生产也在向系列化方向发展，目前国内生产的焊机最大吨位是1250kN，最小是5KN。
总之，在国内的焊机系列中，变型少，品种也比较单一，还没有巨型机和微型机。
与焊机相配套的去飞边装置，自动上下料装置，焊后热处理，无损检测装置等虽有不同的类型，但是这些还比较专业化，没有形成标准通用的系列，有待不断的完善。
我国也有了自己的摩擦焊机行业标准，随着制造技术的提高，这个标准也将有待向着较高水平方向修订。
五、摩擦焊焊接设备传统摩擦焊设备可分为连续驱动摩擦焊机和惯性摩擦焊机。
连续驱动摩擦焊机通常由六部分组成，即主轴系统、加压系统、机身、夹头、控制系统及辅助装置。
1、主轴系统主轴系统由主轴电动机、带传动轮、离合器、制动器、旋转主轴和轴承等组成。
主轴电动机一般采用交流电动机，通过带传动轮直接带动主轴。
摩擦加热终了时要求主轴迅速停车。
对于功率较小、生产率不高的摩擦焊机，可以采用电动机反制动或能耗制动停车；生产率高和主轴电动机功率大的焊机，普遍采用离合-制动联合装置。
2、液压系统加压系统主要包括加压机构和受力机构两部分，加压机构由加压方式决定。
摩擦焊机加压方式有丝杠-螺母、凸轮等机械加压、气压、液压和气-液联合加压。
受力机构的作用是为了平衡轴向力和摩擦转矩以及防止焊机变形，保持主轴与加压系统的同轴度。
3、机身机身一般为卧式，少数为立式，用来安装主轴、加压机构及导轨等。
机身应有足够的刚度和强度，以防止焊接时产生变形和振动。
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。
焊接参数控制主要有时间控制、摩擦加热功率峰值控制和综合参数控制等。
6、辅助装置辅助装置主要包括自动送料、卸料以及自动切除飞边等。
惯性摩擦焊机与连续驱动摩擦焊机的主要区别是惯性摩擦焊机上装有一个供储存机械能的飞轮。
惯性摩擦焊机由电动机、主轴、飞轮、夹盘、移动夹具、液压缸等六、摩擦焊焊接工艺1、接头形式的设计连续驱动摩擦焊可以实现圆棒-圆棒、圆管-圆管、圆棒-圆管、圆棒-板材及圆管-板材的可靠连接，接头形式对焊接质量尤为重要。
连续驱动摩擦焊焊接接头形式在设计时主要遵循一下原则：1）两被焊件中，最好旋转件是圆形且便于绕轴线做高速旋转。
2）焊件应具有较大的刚度，夹紧方便、牢固，要尽量避免采用薄管和薄板接头。
3）同种材料的两个焊件截面尺寸应尽量相同，以保证焊接温度分布均匀和变形层厚度相同。
4）对锻压温度或热导率相差较大的异种材料焊接时，为了使两个零件的顶锻相对平衡，应调整界面的相对尺寸。
5）一般倾斜接头应与中心线成30-50度的斜面。
6）为了增大焊缝面积，可以把焊缝接头设计成搭接或锥形接头。
7）焊接大截面焊接接头时，为了降低加热功率峰值，可采用将焊接端面倒角的方法，使摩擦面积逐渐增大。
8）要注意飞边的流向，使其在焊接时不受阻碍的被挤出。
在不可能切除飞边或者要节省飞边切除费用的情况下，可设计带飞边槽的接头。
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。
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。
七、摩擦焊安全防护1. 操作者必须熟悉机床操作顺序和性能，严禁超性能使用设备。
2 .操作者必须经过培训、考试或考核合格后，持证上岗。
3 .开机前，按设备润滑图表注油，检查油标油位或注油点。
4 .启动油泵电机，弹性夹头夹紧工件，调节液压系统压力、工作压力、夹紧压力，顶锻压力，检查主轴箱润滑。
5. 在调整状态下，调节滑台、刀架移动速度和距离。
6 .检查主轴箱润滑、离合、制动，低速转动主轴。
7 .停机前复位，关闭主轴电机，待主轴停转后，关闭油泵电机。
8 .关闭机床电控总开关，关闭电控柜空气开关。
9 .清洁机床，按设备润滑图表或注油点进行注油。
10.严禁穿拖鞋、凉鞋、半短裤操作，以防铁屑烫伤，严禁戴手套操作。
11.夹具的防转块必须锁紧，避免螺钉或防转块飞觥?br />12.装卸夹具应用专门板手，不许把锥面变形的弹簧夹具装上使用。
13.快进、快退不能调得太快，防止发生危险，皮带张紧要适当，防护罩须锁紧。
14.飞边切前量应由小到大，工进要适当。
15.清洗油要及时处理，回火油不能装得太满，放、取料应小心。
16.机床油桶应有良好接地保护，不许擅自拆修。
