压力焊接方法

传统摩擦焊方法— 传统摩擦焊方法 —连续驱动摩擦焊
传统摩擦焊方法— 传统摩擦焊方法 —惯性摩擦焊
传统摩擦焊方法— 传统摩擦焊方法 —线性摩擦焊
摩擦焊的原理
摩擦焊的应用来自百度文库征
摩擦焊的优点 固态焊接，接头质量好 适用于各类同种或异种金属的连接 焊件尺寸精度高、成本低 焊接施工时间短，生产率高 焊机功率小、节能、无污染
第三章 压力连接新技术
摩擦焊接方法
目录
• • • • 压力连接方法的定义和分类 传统摩擦焊接方法 摩擦焊接新技术 — 搅拌摩擦焊 摩擦焊的应用
压力连接方法的定义和分类
• 压力焊的定义
用外加压力的作用克服两个构件表面的不平度， 挤走表面氧化膜及其他污染物，使两个构件表 面的原子相互接近到晶格距离，从而在固态条 件下实现的连接，统称为固相压力焊接。
摩擦焊的应用特征
缺点及局限性 焊件必须依靠旋转进行摩擦，难以焊接非圆截面 工件，盘状及薄壁管件难以夹固亦难实现焊接。 受主轴电机功率及压力限制，目前可以焊接的最 大断面为200cm2 焊机一次性投资较大，只有生产批量足够大时， 才能达到低成本的目的。
摩擦焊的热量计算
对于圆形截面的焊件，假设摩擦压力pf和摩擦系数μ为常数，在摩擦表面上 取一个半径为r圆环，其宽度为dr，面积为dA，有dA=2πrdr，作用在圆环 上的摩擦力为：
● 摩擦焊热源是通过摩擦把机械功转变成热源加热焊 接接头的 ● 摩擦焊热源的功率和温度不仅取决于焊接参数，还 受到焊件材料、形状、尺寸和焊接表面准备情况的影 响，例如：圆形截面的圆心处r=0，dM=0，dP=0，因 此圆心处的焊接质量难以保证 ● 金属表面的摩擦不仅产生热量，还能破坏和清除表 面的氧化膜
摩擦焊的焊接参数
连续驱动摩擦焊的焊接参数：
● 转速n与摩擦压力P ● 摩擦时间与摩擦变形量 ● 停车时间和顶锻滞后时间 ● 顶锻压力 惯性摩擦焊的焊接参数： ● 飞轮的转动惯量 ● 飞轮初速度 ● 轴向压力
摩擦焊接新技术—搅拌摩擦焊 摩擦焊接新技术— （Friction Stir Welding)
搅拌针侧面微圆环受到的摩擦力df为：
df p1 2rds p1 2 ( R3 h tan )
搅拌针侧面产热的功率为：
dh cos
W pin1side
2 p 3 M ( R2 R33 ) 3 sin
搅拌摩擦焊过程的温度分布
沿焊接方向不同的位置
距离焊缝的不同位置
准稳态距焊缝中心不同位置
搅拌摩擦焊的接头特征
焊核区：焊缝中心，靠近搅拌头的位置 细小等轴再结晶组织 动态 发生再结晶 热-机影响区（TMAZ)：焊核区两侧 初始拉长晶粒的旋转变形 发生了回复 热影响区（HAZ）：仅受到热循环作用 晶粒尺寸粗大
搅拌摩擦焊的优点
无烟气污染 无弧光污染 无飞溅
28
搅拌摩擦焊的优点
轴肩产热功率为：
Wshoulder M shoulder
2 p 3 ( R1 R23 ) 3
搅拌摩擦焊的产热分析
假设圆台体的搅拌针锥角为2α，根部和端部的半径分别为R2和R3，则半径 为r，厚度为ds的微圆台的侧面积dA为：
dA 2rds
2 ( R3 h tan ) dh cos
压 力 焊
压力连接的传统方法— 压力连接的传统方法 —电阻点焊
压力连接的传统方法— 压力连接的传统方法 —闪光对焊
压力连接的传统方法— 压力连接的传统方法 —摩擦焊
摩擦焊定义与分类
摩擦焊是利用工件接触面相对旋转运动中相互摩擦 所产生的热使端部达到热塑性状态，然后迅速顶锻 实现的一种固相压焊过程。 按照旋转驱动特征，摩擦焊分为两种基本方法，连 续驱动摩擦焊和惯性摩擦焊。连续驱动摩擦焊是目 前最常用的一种方法。
搅拌摩擦焊的设备
可焊接的板厚： 1.2 -15 mm 最大焊缝长度： 2m
32
搅拌摩擦焊的工艺参数搅拌摩擦焊的工艺参数 -接头形式
搅拌摩擦焊的焊接参数
● 搅拌头的旋转速度R ● 焊接速度v ● 焊接压力p ● 搅拌头倾斜角 ● 搅拌头插入速度和保持时间
4 搅拌摩擦焊的应用—造船与航海工业
35
搅拌摩擦焊的应用—造船与航海工业
36
搅拌摩擦焊的应用—造船与航海工业
37
搅拌摩擦焊的应用—航空工业
Delivered to Boeing
38
搅拌摩擦焊的应用—316L不锈钢的焊接
39
摩擦焊接新技术—搅拌摩擦焊 摩擦焊接新技术— （Friction Stir Welding)
搅拌摩擦焊的不同阶段
搅拌摩擦焊的产热分析
搅拌摩擦焊的产 热包括： ● 轴肩下表面 ● 搅拌针表面 ● 焊缝区塑性变 形产热
搅拌摩擦焊的产热分析
半径为r，宽度为dr的微圆环上所受的摩擦力df为：
df F pds p 2rdr
低变形
焊缝收缩量小
29
搅拌摩擦焊的优点
★气孔率低 ★材料成分不发生变化 ★无熔化引起的缺陷 ★不需要焊后的修复
30
搅拌摩擦焊的缺点
● 焊接工具的设计、过程参数及力学性能只对较小范围、一定 厚度的合金适用 ● 搅拌头的磨损相对较高 ● 某些特定场合的应用（例如腐蚀性能、残余应力及变形等） 受限 ● 需要特定的夹具
焊接主要由搅拌头完成。焊接开 始时，搅拌头高速旋转，特型指 棒迅速钻入被焊板的接缝，与之 接触的金属摩擦生热形成了很薄 的热塑性层。当特型指棒钻入工 件表面以下，有部分金属被挤出 表面，搅拌头与工件相对运动时， 在前面不断形成的热塑性金属转 移到搅拌头后面，填满后面的空 腔。在整个焊接过程中，焊缝区 金属经历着被挤压、磨擦生热、 塑性变形、转移、扩散以及再结 晶等。
材料的摩擦焊接性
材料摩擦焊接性需要考虑的问题：
● 两种金属是否互相溶解和扩散 ● 金属焊接表面上的氧化膜是否容易破碎 ● 金属的高温力学性能与物理性能如何 ● 合金钢的碳当量与淬透性如何 ● 金属高温的氧化倾向 ● 两种金属形成脆性合金的可能性 ● 金属的摩擦系数
传统摩擦焊的工艺参数传统摩擦焊的工艺参数 -接头形式
(1) 只有少数在室温下塑性很好的金属，例如铝、铜等 在常温下就能实现固相压力焊接，称为冷压焊。 (2) 许多金属，包括许多钢种来说，若在加压同时伴随 适当的加热，固相压力焊接将变得容易实现。
压力连接方法的原理
压力连接方法的分类
电阻焊: 利用电流流经工件接触面及邻近区域产 生的电阻热加热 高频焊:以高频电流的趋表效应和邻近效应加热接 合界面 摩擦焊:以两被焊构件界面相互摩擦作用进行加热 超声波焊:以超声波在界面上通过时产生附加加热 作用 爆炸焊:以炸药引爆是产生的冲击力造成界面上的 快速碰撞生成加热作用.
dF p f dA 2p f rdr
摩擦扭矩dM为：
dM rdF 2p f r dr
圆环上的摩擦加热功率dP为：
2
dP 1.02 dMn 10 3
对整个圆截面积分，有：
2 M p f R 3 3
2 P p f nR 3 10 3 3
摩擦焊热源的特点