袁中涛--惯性摩擦焊接

安徽工业大学

研究生考试试卷

考试科目：特种焊接技术

阅卷人：洪永昌

专业：材料科学与工程

学号：********

*名：***

注意事项

1.考前研究生将上述项目写清楚

2.字迹要清楚、保持卷面清洁

3.教师将试卷、答案，一起送研究生部归档

二〇一一年五月十二日

特种焊接技术

论文要求：关于惯性摩擦焊接，6000~8000字。

（1）基本原理。

（2）分类和特点。

（3）研究的材料类型, 选择的特种焊接工艺参数和方法。

（4）研究成果和理论分析。

（5）在实际工程中的具体应用和效果。

（6）目前国内外研究的重点和方法。

（7）有待解决的问题。

惯性摩擦焊接的研究现状和应用

袁中涛20100110

摘要：惯性摩擦焊接是一种先进的固相焊接工艺, 在航空航天、汽车、石油钻杆等领域具有广阔的应用前景，并且惯性摩擦焊接技术已经成为其在应用领域的技术关键。近年来, 摩擦焊接工艺又有了很大发展, 本文简要介绍惯性摩擦焊接的基本原理，技术特点，研究的材料类型及工艺参数，最新研究成果和应用，有待解决的问题。并且对惯性摩擦焊接工艺研究进行了展望。

关键词：惯性摩擦焊固相连接摩擦焊机高温合金

正文：摩擦焊接经过几十年的研究发展，逐渐成熟起来，并进入推广应用阶段。摩擦焊接以其优质、高效、节能、无污染的特色, 在航空、航天、核能、海洋开发等高技术领域及电力、机械制造、石油钻探、汽车制造等产业部门得到了广泛的应用[1]。以其突出优点受到所有工业强国的重视。我国也开展摩擦焊研究，并且取得了很多引人注目的成果。

惯性摩擦焊是一种典型的摩擦焊工艺，这种工艺主要是通过飞轮储能，先将飞轮加速到一定的转速，以动能形式储存所需的能量，然后让飞轮与工件自由旋转，在飞轮释放能量期间完成两工件的摩擦、生热、加压，达到两工件原子间的结合。该工艺同连续摩擦焊相比，工艺参数少，参数稳定性好，便于实现自动控制；接头质量稳定；焊接周期短，热影响区窄。焊接时转速偏高、压力偏大，能在短时间那释放较大的能量，适于焊接大截面，以及空心结构。在焊接异种材料和高强度材料方面有连续驱动摩擦焊不可替代的优势[2]。

1惯性摩擦焊的基本原理

惯性摩擦焊接是摩擦焊接的一种，摩擦焊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，金属间相互扩散、流动和动态再结晶而完成的固态连接方法。从能量角度来分析，惯性摩擦焊接其实是一个能机械能转变为热能的过程。

惯性摩擦焊焊接过程如下：工件的旋转端夹持在飞轮里，焊接过程首先将飞轮和工件的旋转端加速到一定的转速，然后飞轮与主电动机脱开；同时工件的移动端向前移动，工件接触后，开始摩擦加热。在摩擦加热过程中，飞轮收到摩擦扭矩的制动，转速降低。当飞轮。主轴系统和旋转夹头上的工件转速为零时，接头上的温度分布也达到了要求。最后在轴向压力的作用下，结束焊接过程。。惯性摩擦焊的主要工艺参数有三个：飞轮转动惯量、飞轮转速以及轴向压力。

惯性摩擦焊接的主要特点是恒压、变速，它将连续驱动摩擦焊的加热和顶锻工艺结合在一起。2惯性摩擦焊接的特点

由于摩擦焊接是一种固相连接方法，焊件未达到融化状态，热影响区非常小，对焊件基体的性能不会产生不良影响。因此，在焊接一些高熔点金属、陶瓷以及高温合金等，有其他熔化焊接不可替代的优点。正是因为摩擦焊接具备这些优点，所以这项技术工艺越来越引起

人们的注意，在很多国家都得到了很大的发展。

2.1摩擦焊接相对于其他焊接技术的优点

（1）焊接质量高、稳定、可靠。通常摩擦焊接是在母材不熔化的情况下使两材料发生固相结合的焊接方法，与传统焊接方法相比，摩擦焊接头不产生与熔化和凝固有关的一些焊接缺陷和焊接脆化现象。并且由于加热温度低或根本不加热，使得接头热影响区很窄甚至根本没有热影响区，加之摩擦面具有“自清理”作用，都有利于获得与母材同等强度甚至某些性能超过母材的焊接头。另外，焊前焊件准备简单，接头端面状态要求不严格；摩擦焊接过程完全由设备控制，人为因素影响很小，所以产品质量稳定，成品率可以达到99.96%~99.98%。

（2）焊件尺寸精度高。摩擦焊接过程为固态连接，焊接缩短量可精确测量和控制，通常焊件长度公差可控制在士0．2mm以下，偏心度小于0．2mm。

（3）焊接材料广泛。对于摩擦焊接的可焊性，很多国家进行了深入研究，摩擦焊接不仅可焊接普通钢、合金钢和有色金属，而且还可以焊接两种性质完全不同的金属材料，诸如铝与铝合金、球墨铸铁与钢，也适用于焊接性能相差较大的异种金属与异种材料，如金属与塑料、陶瓷等非金属材料的焊接。摩擦焊接还具有广泛的结构尺寸和接头形式适应性。现有的焊机可以焊接截面积为l～161000mm2的中碳钢焊件；可用于管一管、棒一棒、棒一管等的焊接。

（4）节约能源与原材料，降低成本。一般摩擦焊接是闪光焊所需要动力的l／5～1／10，比一般电能转化热能的普通焊接可节能80％～90％。与传统焊接相比，至少能节省原材料12％。

（5）焊接过程环保，生产效率高。摩擦焊接技术不用焊条、焊丝、焊药、保护气体，无弧光、无火花、无毒害，改善了劳动条件，降低技术工人的劳动强度；并且便于实现自动化，生产率可比普通的电弧焊提高6～20倍；比电阻焊或闪光焊提高5倍。

2.2 惯性摩擦焊接相对于连续驱动摩擦焊接的优点

在制造业中应用最多的摩擦焊接主要是惯性摩擦焊接和连续驱动摩擦焊接，这两种焊接方法相比较，惯性摩擦焊接还具有下列优点：

①热影响区较窄。

②焊接时间较短。

⑨在焊接周期结束时，焊缝的螺旋形变形流线和热加工有助于提高焊缝强度。

④容易监控，只有两个焊接参数——能量(r/rain)和压力。能量可在发出信号之前加以监控，因此在焊接过程中实际上需要监控的参数仅有一个。而连续驱动摩擦焊涉及七个参数。

⑤对大多数材料及几何形状来说，参数都可以预先计算，因此这种焊接工艺可以进行数学放大(即可以用小样件来比较对照大型部件)。