摩擦焊工艺
摩擦焊
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。
摩擦焊介绍全解课件
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。
摩擦焊接工艺
摩擦焊接（Friction Welding）是一种固态焊接工艺，通过在两个工件之间施加力和高速旋转的运动来产生热量，使工件表面发生塑性变形并实现焊接。
以下是摩擦焊接的基本步骤：
1.准备工件：将需要焊接的两个工件准备好，确保表面光洁且无污染物。
2.定位工件：将工件正确定位并夹紧以保持稳定。
3.施加压力：对于径向摩擦焊接，施加轴向压力使两个工件相互贴合。
对于横向摩擦焊接，
施加横向力使两个工件相互接触。
4.开始摩擦：启动旋转机构以使其中一个工件发生高速旋转。
同时，施加足够的压力使工
件之间发生摩擦。
5.加热阶段：由于摩擦产生的热量，工件表面温度升高，达到可塑性变形的温度。
6.摩擦停止：当工件表面温度达到要求后，停止摩擦并保持旋转。
7.施加焊接压力：在停止摩擦后，保持施加足够的压力使工件之间产生高度塑性变形。
8.冷却阶段：继续施加焊接压力的同时，等待工件冷却。
这样可以保持焊点处的固态结合。
9.焊接完成：冷却后，停止施加压力并将工件松开，即可完成摩擦焊接。
摩擦焊接具有许多优点，如快速、高效、无需填充材料和较低的热影响区等。
它被广泛应用于航空航天、汽车制造、管道连接和金属加工等领域。
焊接工艺的摩擦焊接技术要点
焊接工艺的摩擦焊接技术要点摩擦焊接是一种利用材料的塑性变形和摩擦加热产生摩擦热的焊接方法。
它具有高效、环保、高质量等优点，在工业生产中得到广泛应用。
本文将介绍焊接工艺的摩擦焊接技术的要点，包括摩擦焊接的原理、工艺参数的选择、工艺控制等方面。
一、摩擦焊接的原理摩擦焊接是利用两个工件在轴向力和旋转力的作用下，在接触面发生塑性变形并摩擦加热，随后停止转动时两个工件之间恢复到冷状态下的接触面结合而形成的一种焊接方法。
摩擦焊接的原理包括以下几个方面：1. 摩擦热效应：工件在接触面相对运动时，由于摩擦热的产生，使工件的温度升高，达到可塑性变形的要求，从而实现焊接。
2. 塑性变形效应：由于轴向力的作用，使接触面的工件产生塑性变形，使得工件表面的氧化层和脏物得以去除，从而使工件之间达到更好的接触。
3. 冷却效应：在停止摩擦时，工件由于冷却，焊缝完成固化，从而使工件之间形成连接。
二、摩擦焊接的工艺参数选择摩擦焊接的工艺参数选择是保证焊接质量和效率的重要因素。
1. 旋转速度：旋转速度的选择应根据焊接材料的特性，例如硬度、塑性等综合考虑。
一般来说，旋转速度太低会导致焊缝不均匀，太高则会造成过度烧损。
2. 轴向力：轴向力的选择应根据焊接材料的硬度和要求的焊接质量来确定。
轴向力太小会导致焊缝不牢固，太大则会产生较大的变形和应力。
3. 焊接时间：焊接时间也是影响焊接质量的关键参数。
焊接时间太短会导致焊缝连接不牢固，太长则会造成材料的过度烧损。
三、摩擦焊接的工艺控制工艺控制是确保摩擦焊接质量稳定的关键。
1. 清洁度控制：焊接前应确保接触表面的干净，去除氧化物和污染物，以保证焊接接触质量。
2. 温度控制：焊接时，应根据工件材料和尺寸的变化，对摩擦焊接的温度进行控制。
过高的温度会导致焊缝变硬和断裂，过低的温度会导致焊缝连接不牢固。
3. 压力控制：焊接时的轴向力要适中，太小会导致松散的连接，太大会导致变形和质量缺陷。
4. 油剂选择：摩擦焊接中使用的油剂应该具有良好的冷却性能和润滑性能，以保证焊接过程的稳定。
线性摩擦焊工艺
和摩擦热使工件连接在一起的固态连接方法。
线性摩擦焊是20世纪90年代中期兴起的一种新型固态焊接技术，它突破了旋转式摩擦焊对被焊工件外形轴对称的限制，大大的扩展了摩擦焊接的应用领域。
线性摩擦焊具有自清理、自保护的作用。
材料采用钛合金TC4轧制板材。
试样尺寸为13mm×8mm×45mm的长方体，焊接面(13mm×8mm)为线切割面。
试验采用自制的线性摩擦焊机。
采用的工艺参数为：振动频率13.6～43Hz，摩擦压力2.75～3.2atm(压力表指示值)，顶锻力2.8～3.4atm(压力表指示值)，摩擦时间10～20s，振幅2mm。
焊后试件沿面Ⅰ、面Ⅱ(如图1所示)剖开，通过剖面Ⅰ、面Ⅱ可以分别观察到摩擦横截面（与试件往复运动方向垂直）和纵截面（与试件往复运动方向平行）这两个方向上的焊缝形状。
通过对焊接过程和接头质量的观察分析，可以发现：摩擦压力和往复运动频率是焊接热输入的主要影响因素。
当摩擦压力和往复运动频率增加时，焊接热量输入也随之显著增加。
图1 试件剖面示意图由于材料变形的局部性和不均匀性，压力过大则会影响试件往复运动的稳定性，同时也会增加塑性金属的流出量，使飞边增大，因此，不能采用太大的压力值。
在保证运动平稳的条件下，提高往复运动的频率是增加热输入和提高焊缝质量最有效的方法。
摩擦时间也是线性摩擦焊接过程中的一个重要参数，但延长摩擦时间不是增加热量输入的最有效方法。
因为热传导、对流及高温塑性金属的挤出等因素的存在，使得焊接过程中存在一热输入热输出的平衡点。
在热平衡之前，增加摩擦时间对增加热输入有效，而在热平衡点之后，增加摩擦时间对热输入作用不大。
顶锻是摩擦焊接的最后一个环节，顶锻力也是影响焊缝成型的重要因素。
在摩擦过程中，金属摩擦副之间形成一层高温粘塑性层，它是摩擦表面的“粘结”介质，通过顶锻使金属摩擦副牢固结合。
若顶锻力过大，使粘结介质大量被挤出，焊接效果反而下降。
摩擦焊
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。
铝合金搅拌摩擦焊工艺 -回复
铝合金搅拌摩擦焊工艺-回复铝合金搅拌摩擦焊工艺- 实现材料的高质量连接引言：铝合金是一种常用的轻质金属材料，具有优良的导热性、强度和耐腐蚀性。
在制造行业中，铝合金的应用越来越广泛，但如何高效地连接铝合金成为一个关键问题。
在铝合金的焊接方法中，搅拌摩擦焊技术因其特殊的优点而备受关注。
本文将一步一步地介绍铝合金搅拌摩擦焊工艺，以及其关键步骤和优势。
第一部分：搅拌摩擦焊的原理和过程搅拌摩擦焊是一种通过搅拌和摩擦热来实现材料结合的焊接方法。
其过程中，焊接头两侧的铝合金被高速旋转的锥形工具搅拌并加热，随着摩擦的增加，金属温度升高，导致其柔韧性增加。
当达到一定的温度时，焊接头被渐渐挤压，使得金属层之间发生冷焊结合。
同时，由于搅拌的缘故，焊接头中的金属颗粒得到细化，从而提高了焊接接头的强度和密实性。
第二部分：铝合金搅拌摩擦焊工艺步骤1. 材料准备：选择合适的铝合金材料，并确保其表面清洁和无油污。
2. 设计焊接接头：确定焊接接头的几何形状和尺寸，以及焊接参数。
3. 定位和装夹：将两个要焊接的铝合金零件放置在焊接设备上，并通过合适的夹具进行固定。
4. 焊接温度和力控制：根据材料性质和焊接要求，设定合适的旋转速度和下压力。
5. 开始搅拌：启动设备，使工具开始旋转并加热焊接区域，同时向下施加一定的压力。
6. 加热和搅拌：搅拌头的高速旋转和下压力会加热金属，并使其产生塑性变形，从而实现冷焊结合。
7. 结束焊接：在达到焊接要求后，停止旋转和施加压力，留出一定的冷却时间。
8. 检测和质量控制：使用非破坏性和破坏性测试方法来检测焊接接头的质量，确保其达到要求。
第三部分：铝合金搅拌摩擦焊的优势1. 高质量：搅拌摩擦焊可以消除气孔、热裂纹等焊接缺陷，实现金属材料的高质量连接。
2. 高效率：相较于传统的焊接方法，搅拌摩擦焊不需要额外的填充材料和气体保护，节省了时间和成本。
3. 环保：搅拌摩擦焊过程中无需使用焊接剂或保护气体，减少了对环境的污染。
搅拌摩擦焊工艺及其应用
搅拌摩擦焊工艺及其应用1 搅拌摩擦焊的定义与原理搅拌摩擦焊是一种非常新颖的金属连接技术，其原理是将金属材料在高速旋转的条件下不断挤压与摩擦热而使金属材料发生塑性变形进而在次冷却时形成均匀的焊缝。
搅拌摩擦焊是一种采用振荡摩擦进行的钎焊技术。
摩擦过程中，金属材料被强制变形，形成皱纹和复杂的微细组织结构，这就是焊接区域。
这一过程不需要额外的附加材料，因此也被称为固态钎焊。
搅拌摩擦焊的原理是通过搅拌和摩擦的相互作用，为金属轴套表面提供局部加热来处理金属本身。
在摩擦过程中，摩擦产生的热量会使金属材料温度升高，而旋转工具逐渐伸进焊缝，在相对运动的作用下，产生了强烈的塑性变形以及显著的变形应变。
在形成初期焊缝时，相对运动引起的压力会把材料从环形清隙中抽出，形成时生成混味均匀的焊接界面。
这些过程中摩擦加热导致局部熔化，接长和冷却会使金属变形，并形成一个均匀的、与母材相似的焊缝。
2 搅拌摩擦焊的工艺流程及其特点2.1 搅拌摩擦焊的工艺流程（1）工件准备：首先需要准备待焊接的工件。
工件通常是板材、管材、棒材等形状，可以是相同材质，也可以是不同材质。
（2）夹紧工件：将工件夹紧在专用的工件夹具中，以保证工件在搅拌摩擦焊过程中不会移动或震动。
（3）起始摩擦：在工件接头处的摩擦面上施加旋转摩擦力，使工件表面熔融并形成可焊接的状态。
（4）搅拌摩擦：在不断施加旋转摩擦力的情况下，摩擦头沿着工件的接合面移动，搅拌工件的金属组织，从而形成焊接。
（5）升温保压：在搅拌摩擦焊完成后，保持摩擦头的位置不动，使焊缝部位升温到一定程度，再施加一定的保压力，使焊缝固化。
（6）退火处理：对焊接完成后的工件进行退火处理，可以进一步提高焊接质量和性能。
2.2 搅拌摩擦焊的特点（1）搅拌摩擦焊是一种无焊接接头凸出、无端部凸出的焊接方法，焊缝起伏很小，对焊接部件外观和尺寸精度要求较高的场合比较适用。
（2）搅拌摩擦焊过程中没有明显的电弧和喷溅现象，不需要额外的保护气体，易于操作。
第1章 摩擦焊(27)
不同的转速和摩擦 压力的组合，可以 得到不同的焊接加 热规范。常用的有： 一强规范，转速较 低，摩擦压力大， 摩擦时间短；二是 弱规范，转速较高， 摩擦压力小，摩擦 时间长。
M V变 形 V大 小 小
变形 层 T高， 易氧 化 T低 易挤 出 增厚
温度 分布 宽， 平缓 梯度 大分 布窄 梯度 大分 布窄
3停车时间
停车后，转速降低、摩擦压力增大，摩擦扭矩 和变形速度也相应增大，变形层加厚，深塑区 移向外圆，飞边增大。当摩擦表面上的变形层 很厚时，停车时间要短；当表面上的变形层较 薄时，为在停车阶段能产生较厚的变形层，停 车时间可以延长。有时为了改善焊接质量，消 除焊缝中的氧化灰斑或脆性合金层，必须增大 停车时的变形层厚度，往往在停车前就施加顶 锻压力，或停车时不制动。
稳定摩擦阶段 t3 从稳定摩擦热功的d点到接头形成最佳的温度 分布e点为止。（e点与焊机主轴开始停车、顶 锻压力开始上升的f点是统一时刻）。 特点：稳定摩擦使得摩擦表面的稳度继续升高 到1300℃；金属的粘结现象减小，分子作用增 强。金属强度低，塑性大，表面似乎被一层液 体金属所润滑；摩擦加热功率稳定在一个很低 的数值，其他参数也趋于稳定，只有变形量不 断增大。
第一章 摩擦焊
是利用工件接触面相对旋转运动相互摩 擦所产生的热，使端部达到热塑性状态， 然后迅速顶锻，完成焊接的一种压焊方 法。
一 摩擦焊特点
一）摩擦焊的优点： 1焊接质量好而且稳定。废品率低。 2焊接生产率高。 3生产费用低。焊机功率小，焊接时间短，节 省电能。 4能焊异种港和异种金属，不同直径的棒材管 材。 5摩擦焊机容易实现机械化和自动化。操作简 单，容易掌握和维护。工作场地卫生，没有火 化，弧光及有害气体。
摩擦焊工艺
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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。
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二、连续驱动摩擦焊
2．1 连续驱动摩擦焊基本原理 2.1.1 焊接过程 连续驱动摩擦焊接时，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。
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2.1.2 摩擦焊接产热
对圆形的焊接工件，假设沿摩擦表面半径方向的摩 擦压力pƒ和摩擦系数μ为常数。为了求出功率分布， 在摩擦表面上取一半径为r的圆环，该环的宽度为dr （图11），其面积为dA，则dA＝2πrdr，则作用在 圆环上的摩擦力为
以O点为圆心的摩擦扭矩为
dF=pfdA=2 pf rdr
一、摩擦焊原理及分类
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。
同种材料摩擦焊工艺性能分析(毕业设计用)
1000 1500 没有顶 端，干 磨
800 1100 速度太 低，闷 车
前期实验结论
7号有一特殊处理， 主轴转速800，大大低 于1号和2号,所以7号的 焊接强度大大小于1号 和2号，其中7号的焊接 强度是350Mpa，1号和 2号505Mpa. A. 这是因为高转速 提高了焊接温度，则高 的焊接温度能得到优越 的焊接强度。 同时，7号的焊接 韧性是61.665J,是最好 的，可见; B.优越的焊接韧性 不依赖高的焊接温度 （转速）。
同种材料摩擦焊工艺性能分析
连续摩擦焊接 工艺性能参数简介 • 连续摩擦焊接技术从国外 • 工艺性能参数包括：頂锻 引进国内已经有40年左右 压力、顶锻时、材料直径 等。 了，我国还处在向国外学 习的阶段。不过，因为它 • 本次试验使用了多重頂锻 高效、节能，并且有许多 工艺，所以又细分为一级 普通焊接所无法企及的优 頂锻压力、二级頂锻压力、 点，所以，在国家高新技 三级頂锻压力等。頂锻时 术领域如海洋工程，飞机 间也细分为一级、二级、 制造和民用工业如汽车， 三级。 石油开发等产业广泛应用。
Mpa 505 490 505 450 465 325 460 350
最大力FM
N 32888.13 25776.60 32888.13 30779.79 33388.45 8997.42 30858.32 15570.82 备注
下屈服强度
ReL
415
280
冲 击 韧 性 α k 吸收功 （J/cm2） 62.826 94.413 71.789 70.091 57.234 105.471 71.889 60.629 Ak（J） 61.576 57.951 56.146 49.961 46.978 59.064 61.665 37.214
摩擦焊工艺
摩擦焊工艺1.接头设计1）接头设计原则（1）对旋转式摩擦焊，至少有一个圆形截面。
（2）为了夹持方便、牢固，保证焊接过程不失稳，应尽量避免设计薄管、薄板接头。
（3）一般倾斜接头应与中心线成30°～45°的斜面。
（4）对锻压温度或热导率相差较大的材料，为了使两个零件的锻压和顶锻相对平衡，应调整界面的相对尺寸。
（5）对大截面接头，为了降低摩擦加热时的扭矩和功率峰值，采用端面导角的办法可使焊接时接触面积逐渐增加。
（6）如要限制飞边流出（如不能切除飞或不允许飞边暴露时），应预留飞边槽。
（7）对于棒－棒、和棒－板接头，中心部位材料被挤出形成飞边时，要消耗更多的能量，而焊缝中心部位对扭矩和弯曲应力的承担又很少，所以，如果工作条件允许，可将一个或两个零件加工成具有中心孔洞，这样既可用较小功率的焊机，又可提高生产率。
（8）采用中心部位突起的接头，见图1，可有效地避免中心未焊合。
（9）摩擦面要避免采用渗碳、渗氮等。
（10）为了防止由于轴向力（摩擦力、顶锻力）引起的滑退，通常在工件后面设置挡块。
（11）工件伸出夹头的尺寸要适当，被焊工件应尽可能有相同的伸出长度。
图1 接头表面突起设计标准2）摩擦焊接头的形式表1是摩擦焊接头的基本形式。
表1 摩擦焊接头的基本形式接头形式简图接头形式简图棒－棒管－板管－管管－管板棒－管棒－管板矩形和多边形型材－棒－板棒或板2.连续驱动摩擦焊的焊接参数1）主要的焊接参数可以控制的主要焊接参数有转速、摩擦压力、摩擦时间、摩擦变形量、停车时间、顶锻延时、顶锻时间、顶锻力、顶锻变形量。
其中，摩擦变形量和顶锻变形量（总和为缩短量）是其它参数的综合反映。
（1）转速和摩擦压力转速和摩擦压力直接影响摩擦扭矩、摩擦加热功率、接头温度场、塑性层厚度以及摩擦变形速度等。
工件直径一定时，转速代表摩擦速度。
实心圆截面工件摩擦界面上的平均摩擦速度是距圆心为2/3半径处的摩擦线速度。
稳定摩擦扭矩与平均摩擦速度、摩擦压力的关系见图2。
ca6dm2锻钢活塞摩擦焊接工艺
ca6dm2锻钢活塞摩擦焊接工艺摩擦焊接技术是一种高效的结合金属的方法，它把两个接头摩擦到高温，在施压下使它们结合在一起。
这种方法可以很好地保持金属的原始性能和特性，同时减少焊接缺陷的可能性。
因此，摩擦焊接技术在航空、汽车、船舶等领域得到了广泛应用。
1.焊接材料活塞的材料对于焊接的质量至关重要，因此我们选择了质量好、适合焊接的ca6dm2锻钢。
该钢种具有高强度、高耐磨性和高温强度等优点，是活塞制造的优质材料。
同时，它的化学成分应符合以下标准：化学成分（%）元素 C Si Mn Cr Mo Fe标准0.60-0.75 0.10-0.40 0.50-1.00 1.40-2.00 0.30-0.50余量2.焊接前的处理在进行摩擦焊接之前，需要对连接面进行表面处理，以便焊接时能够更好地结合。
处理步骤如下：（1）清洁表面：使用砂切削机、金刚石切削机等工具对连接面进行切削，除去其表面的氧化层和脏物。
（2）热处理：将活塞进行预热处理至480-510℃，保持2小时。
这有助于消除内部应力和提高金属成分的均匀性。
3.焊接过程（1）夹紧：将两个连接面对齐，用专用的摩擦焊机夹紧连接面，施加适当的压力。
（2）预压：在焊接之前，需要进行预压，将两个连接面分别施加10kN的预压力，以增加连接面的粘合力。
（3）摩擦加热：机器启动，开始摩擦加热。
摩擦时产生的热量会使连接面的温度升高到近乎熔化的状态，但不会使其熔化。
（4）摩擦焊接：在到达摩擦加热的最高温度时，停止加热并立即施加额外的压力，促使连接面结合。
（5）保压：在焊接完成后，需要进行保压，使连接面在冷却过程中尽可能地稳定。
（1）热处理：活塞在进行摩擦焊接后还需要进行热处理。
这有助于消除残留应力和提高焊接强度。
（2）清洗：焊接完成后，需要对焊缝周围的冶金结构进行清洗，除去沉淀物和其他不纯物，以便焊接过程中的残留物不能对焊缝产生负面影响。
（3）检验：进行焊接质量检查，检查焊条夹头的夹紧情况，焊接温度、预压力、锁紧压力等是否符合标准。
连续驱动摩擦焊焊接工艺
Φ15 45钢+45钢连续驱动摩擦焊焊接工艺一、目的《特种焊接设备使用与维护》是三年制高职焊接技术及自动化专业的一门专业主干课程。
其任务主要是讲述各种特种焊接方法的过程本质、质量控制、相应焊接设备的构成、工件原理、焊接参数的合理选择及设备使用维护的技术知识。
为了巩固所学常用特种焊接方法与设备的知识，熟悉有关资料，掌握焊接工艺参数的选择和焊接设备的使用维护，安排了为期一周的课程设计。
通过本次焊接工艺设计，锻炼学生们的分析问题与解决问题的能力，提高焊接操作技能。
二、摩擦焊接技术概况摩擦焊接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。
摩擦焊以其优质、高效、节能、无污染等优势受到制造业的重视，使其在航天、核能、海洋开发等技术领域及电力、机械、石化、汽车制造等产业部门得到了越来越广泛的应用。
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.三、摩擦焊的优缺点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。
线性摩擦焊工艺
摩擦焊是一个利用压力和摩擦热使工件连接在一起固态连接方法。
焊接时, 由电动机带动一个工件旋转,同时把另一工件压向旋转工件, 使其接触面相互摩擦产生热量和一定塑性变形,然后减速停止旋转,同时施加顶锻压力完成焊接。
而实际焊接过程中, 依据产热方法不一样,能够将摩擦焊分为以下多个:2. 线性摩擦焊3. 搅拌摩擦焊4. 旋转摩擦焊总而言之, 摩擦焊是一个利用压力和摩擦热使工件连接在一起固态连接方法。
线性摩擦焊是20世纪90年代中期兴起一个新型固态焊接技术, 它突破了旋转式摩擦焊对被焊工件外形轴对称限制, 大大扩展了摩擦焊接应用领域。
线性摩擦焊含有自清理、自保护作用。
材料采取钛合金TC4轧制板材。
试样尺寸为13mm×8mm×45mm长方体, 焊接面(13mm×8mm)为线切割面。
试验采取自制线性摩擦焊机。
采取工艺参数为: 振动频率13.6～43Hz, 摩擦压力2.75～3.2atm(压力表指示值), 顶锻力2.8～3.4atm(压力表指示值), 摩擦时间10～20s, 振幅2mm。
焊后试件沿面Ⅰ、面Ⅱ(如图1所表示)剖开, 经过剖面Ⅰ、面Ⅱ能够分别观察到摩擦横截面（与试件往复运动方向垂直）和纵截面（与试件往复运动方向平行）这两个方向上焊缝形状。
经过对焊接过程和接头质量观察分析, 能够发觉: 摩擦压力和往复运动频率是焊接热输入关键影响原因。
当摩擦压力和往复运动频率增加时, 焊接热量输入也随之显著增加。
图1 试件剖面示意图因为材料变形局部性和不均匀性, 压力过大则会影响试件往复运动稳定性, 同时也会增加塑性金属流出量, 使飞边增大, 所以, 不能采取太大压力值。
在确保运动平稳条件下, 提升往复运动频率是增加热输入和提升焊缝质量最有效方法。
摩擦时间也是线性摩擦焊接过程中一个关键参数, 但延长摩擦时间不是增加热量输入最有效方法。
因为热传导、对流及高温塑性金属挤出等原因存在, 使得焊接过程中存在一热输入热输出平衡点。
摩擦焊和搅拌摩擦焊
摩擦焊和搅拌摩擦焊
摩擦焊（FSW）和搅拌摩擦焊（FSB）是一种不需要熔焊的焊接方法，最终产生的焊缝经过变形和加压，使金属板材组织得到均匀的强化和相变。
这种焊接方法具有高效、可靠、环保等优点，越来越受到人们的青睐和关注。
以下是摩擦焊和搅拌摩擦焊的具体步骤：
步骤一：准备工作
在进行摩擦焊和搅拌摩擦焊之前，需要对金属板材进行预处理。
首先需要将金属板材表面清洗干净，然后去除表面的氧化物和污垢。
接着需要将两块准备好的金属板材放在夹具上，紧固好，以保证其在焊接过程中没有晃动。
步骤二：摩擦接合
在进行摩擦焊和搅拌摩擦焊时，需要将高速旋转的工具头按照一定角度和力度压在金属板材的接触面上，同时将工具头沿着接触面缓慢移动，以产生摩擦热。
通过摩擦热，金属板材表面达到塑性变形温度，产生压力，使得接触面的毛细结构得到破坏，二者发生相互扭转变形，最终形成焊缝。
步骤三：搅拌摩擦焊
与摩擦焊不同，搅拌摩擦焊是在摩擦接合的基础上，通过加强工具的振荡来实现更好的组织效果。
这种方法的主要特点是，利用工具头的振荡作用，使得金属板材在摩擦接合的同时，通过搅拌实现更好的形变和加工硬化。
这样，形成的焊缝相较于摩擦焊来说更加坚固和耐用。
步骤四：后续处理
完成摩擦焊和搅拌摩擦焊后，需要对焊缝进行一定的后续处理，包括去除多余的焊接剂和金属残渣，平整焊接表面，并进行必要的工艺控制，以避免焊缝拉伸、脆性破裂等不良现象的发生。
总之，摩擦焊和搅拌摩擦焊是一种无污染、高效、低成本的焊接
方法，对于某些特殊金属的焊接，效果尤其显著。
随着技术的不断升级，这种方法的应用范围也将不断扩大，成为未来工业领域的一种趋势和发展方向。
摩擦焊介绍全解
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 境。同时，与闪光焊相比，电能节约5-10倍。
摩擦焊接过程
（６）顶锻维持阶段 从顶锻压力的最高值ｈ点起， 到接头温度冷却至规定值一下 的ｉ点为止。在这个阶段顶锻 时间、顶锻压力和顶锻速度相 互配合，以获得合适的摩擦变 形量和顶锻变形量。
摩擦焊接过程
总之，在整个摩擦焊接过程中，待焊 的金属表面经历了从低温到高温摩擦加热， 连续发生了塑性变形、机械挖掘、粘接和 分子连接的过程变化，形成了一个存在于 全过程的高速摩擦塑性变形层，摩擦焊接 时的产热、变形和扩散现象都集中在变形 层中。在停车阶段和顶锻焊接过程中，摩 擦表面的变形层和高温区金属被部分挤碎 排出，焊缝金属经受锻造，形成了质量良 好的焊接接头
（3）径向摩擦焊
将一个带有斜面的圆环装在一个对开破口的管子端面上，摩擦焊接 时使圆环旋转，并向两个管端施加径向摩擦力。当摩擦终了时，停止圆 环的转动，并向它施加顶锻压力。
摩擦焊的分类
（4）搅拌摩擦焊 搅拌摩擦焊的工作原理为：将一个耐高温硬 质材料制成的一定形状的搅拌针旋转深入到两被焊 材料连接的边缘处，搅拌头调整旋转，在两焊件连 接边缘产生大量的摩擦热，从而在连接处产生金属 塑性软化区，该塑性软化区在搅拌头的作用下受到 搅拌、挤压，并随着搅拌头的旋转沿焊缝向后流动， 形成塑性金属流，并在搅拌头离开后的冷却过程中， 受到挤压而形成固相焊接接头。
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1.接头设计
1）接头设计原则
（1）对旋转式摩擦焊，至少有一个圆形截面。
（2）为了夹持方便、牢固，保证焊接过程不失稳，应尽量避免设计薄管、薄板接头。
（3）一般倾斜接头应与中心线成30°～45°的斜面。
（4）对锻压温度或热导率相差较大的材料，为了使两个零件的锻压和顶锻相对平衡，应调整界面的相对尺寸。
（5）对大截面接头，为了降低摩擦加热时的扭矩和功率峰值，采用端面导角的办法可使焊接时接触面积逐渐增加。
（6）如要限制飞边流出（如不能切除飞或不允许飞边暴露时），应预留飞边槽。
（7）对于棒－棒、和棒－板接头，中心部位材料被挤出形成飞边时，要消耗更多的能量，而焊缝中心部位对扭矩和弯曲应力的承担又很少，所
以，如果工作条件允许，可将一个或两个零件加工成具有中心孔洞，
这样既可用较小功率的焊机，又可提高生产率。
（8）采用中心部位突起的接头，见图1，可有效地避免中心未焊合。
（9）摩擦面要避免采用渗碳、渗氮等。
（10）为了防止由于轴向力（摩擦力、顶锻力）引起的滑退，通常在工件后面设置挡块。
（11）工件伸出夹头的尺寸要适当，被焊工件应尽可能有相同的伸出长度。
图1 接头表面突起设计标准
2）摩擦焊接头的形式
表1是摩擦焊接头的基本形式。
表1 摩擦焊接头的基本形式
2.连续驱动摩擦焊的焊接参数
1）主要的焊接参数
可以控制的主要焊接参数有转速、摩擦压力、摩擦时间、摩擦变形量、停车时间、顶锻延时、顶锻时间、顶锻力、顶锻变形量。
其中，摩擦变形量和顶锻变形量（总和为缩短量）是其它参数的综合反映。
（1）转速和摩擦压力
转速和摩擦压力直接影响摩擦扭矩、摩擦加热功率、接头温度场、塑性层厚度以及摩擦变形速度等。
工件直径一定时，转速代表摩擦速度。
实心圆截面工件摩擦界面上的平均摩擦速度是距圆心为2/3半径处的摩擦线速度。
稳定摩擦扭矩与平均摩擦速度、摩擦压力的关系见图2。
摩擦变形速度与平均摩擦速度、摩擦压力的关系见图3。
转速对热影响区和飞边形状的影响见图4。
图2 摩擦扭矩与平均摩擦速度、摩擦压力的关系曲线
（低碳钢管φ19mm×3.15mm）
图3 摩擦变形速度与平均摩擦速度、摩擦压力的关系曲线工
（低碳钢管φ19mm×3.15mm）
图4 参数对热影响区和飞边形状的影响
（低碳钢管φ19mm，压力86MPa）
a)n=1000r/min b)n=2000r/min c)n=4000r/min
（2）摩擦时间
摩擦时间影响接头的温度、温度场和质量。
如时间短，则界面加热不充分，接头温度和温度场不能满足焊接要求；如时间长，则消耗能量多，热影响区大，高温区金属易过热，变形大，飞边也大，消耗材料多。
碳钢工件的摩擦时间一般在1～40s范围内。
（3）摩擦变形量
摩擦变形量与转速、摩擦压力、摩擦时间、材质的状态和变形抗力有关，要得到牢靠的接头，必须有一定的摩擦变形量，通常取的范围为1～10mm。
（4）停车时间和顶锻延时
停车时间是转速由给定值下降到零位所对应的时间，当其从短到长变化时，摩擦扭矩后峰值从小到大，见图5。
顶锻延时是为了调整摩擦扭矩后峰值和变形层的厚度。
图5 停车时间和摩擦后峰值扭矩的关系
（低碳钢管φ19mm，初始转速2000r/min，摩擦压力44MPa）（5）顶锻力、顶锻变形量和顶锻变形速度
顶锻力的作用是挤出摩擦塑性变形层中的氧化物和其他有害杂质，并使焊缝得到锻压，使结合牢固，晶粒细化。
3.惯性摩擦焊工艺
惯性摩擦焊的焊接参数有三个：起始速度、转动惯量和轴向压力。
（1）起始转速。
对每一种材料组合，都有与之相应的获得最佳焊缝的起始转速，图6a显示了起始转速对钢—钢工件焊缝深度和形貌的影响。
（2）转动惯量。
飞轮转动惯量和起始转速均影响焊接质量。
在能量相同的情况下，大而转速慢的飞轮较小，而转速快的飞轮产生较大的顶锻变
形量。
飞轮能量从小变大时，对钢—钢工件焊缝形貌和尺寸的影响见
图6c。
（3）轴向压力。
轴向压力对焊缝深度和形貌的影响几乎与起始转速的影响相反，见图6b。
图6 焊接参数对熔深和均匀性及顶锻成形的影响
a)起始转速b)轴向压力c)正轮能量。