摩擦焊

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。