摩擦焊工艺.doc

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3045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棒板矩形和多边形型材棒或板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。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19mm3.15mm）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19mm3.15mm）图4参数对热影响区和飞边形状的影响（低碳钢管19mm，压力86MPa）a)n=1000r/min b)n=2000r/minc)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140s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110mm。（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19mm，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