壓焊方法及設備第十章摩擦焊

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1、第10章　摩　擦　焊10.1摩擦焊原理及分類10.1.1摩擦焊的分類10.1.2摩擦焊原理１０.2連續(xù)驅動摩擦焊１０.2.1連續(xù)驅動摩擦焊基本原理10.2.2摩擦焊焊接工藝１０.２.３　焊接參數(shù)檢測及控制10.2.4典型材料的摩擦焊10.3攪拌摩擦焊10.3.1攪拌摩擦焊接過程10.3.2攪拌摩擦焊工藝10.3.3典型材料的攪拌摩擦焊10.3.4攪拌摩擦焊新技術10.4摩擦焊設備10.4.1傳統(tǒng)摩擦焊設備１０.４.２　攪拌摩擦焊設備10.1.1摩擦焊的分類圖１０-１　摩擦焊方法及分類10.1.2摩擦焊原理1.連續(xù)驅

2、動摩擦焊2.慣性摩擦焊3.相位摩擦焊4.徑向摩擦焊5.摩擦堆焊6.線性摩擦焊7.攪拌摩擦焊圖１０-２　連續(xù)驅動摩擦焊原理示意圖壓力使待焊材料緊密接觸對運動產生摩擦熱凈化界面頂鍛力的作用下形成接頭圖１０-３　慣性摩擦焊原理示意圖3.相位摩擦焊(１)機械同步相位摩擦焊　如圖１０-４所示，焊接前壓緊校正凸輪，調整兩工件的相位并夾持工件，將靜止主軸制動后松開并校正凸輪，然后開始進行摩擦焊接。(２)插銷配合摩擦焊　如圖１０-５所示，相位確定機構由插銷、插銷孔和控制系統(tǒng)組成。(３)同步驅動摩擦焊　采用兩個電動機驅動，為了保

3、證工件兩端旋轉時的相位關系，兩主軸通過齒輪、同步桿和花鍵作同步旋轉，在整個焊接過程保持工件的相位關系不變。圖１０-４　機械同步相位摩擦焊示意圖圖１０-５　插銷配合摩擦焊示意圖圖１０-６　徑向摩擦焊示意圖1—旋轉圓環(huán)2—待焊管子?。睢獔A環(huán)速度—軸向頂鍛壓力　ｐ—徑向壓力圖１０-７　摩擦堆焊示意圖1—堆焊金屬圓棒2—堆焊件3—堆焊焊縫圖１０-８　線性摩擦焊示意圖圖１０-９　攪拌摩擦焊原理示意圖１０.2.1連續(xù)驅動摩擦焊基本原理1.焊接過程2.摩擦焊接產熱1.焊接過程(１)初始摩擦階段(ｔ１)此階段是從兩個工件開始接觸

4、的ａ點起，到摩擦加熱功率顯著增大的ｂ點止。(２)不穩(wěn)定摩擦階段(ｔ２)不穩(wěn)定摩擦階段是摩擦加熱過程的一個主要階段，該階段從摩擦加熱功率顯著增大的ｂ點起，越過功率峰值ｃ點，到功率穩(wěn)定值的ｄ點為止。(３)穩(wěn)定摩擦階段(ｔ３)穩(wěn)定摩擦階段是摩擦加熱過程的主要階段，其范圍從摩擦加熱功率穩(wěn)定值的ｄ點起，到接頭形成最佳溫度分布的ｅ點為止，這里的ｅ點也是焊機主軸開始停車的時間點(可稱為ｅ′點)，也是頂鍛壓力開始上升的點(圖１０-１０的ｆ點)以及頂鍛變形量的開始點。(４)停車階段(ｔ４)停車階段是摩擦加熱過程至頂鍛焊接過程的過渡階

5、段，是從主軸和工件一起開始停車減速的ｅ′點起，到主軸停止轉動的ｇ點止。(５)純頂鍛階段(ｔ５)從主軸停止旋轉的ｇ(或ｇ′)點起，到頂鍛壓力上升至最大位的ｈ點為止。(６)頂鍛維持階段(ｔ６)該階段從頂鍛壓力的最高點ｈ開始，到接頭溫度冷卻到低于規(guī)定值為止。圖１０-１０　摩擦焊接過程示意圖ｎ—工作轉速　—摩擦壓力　—頂鍛壓力Δ—摩擦變形量Δ—頂鍛變形量?。小Σ良訜峁β省々墶Σ良訜峁β史逯担簟獣r間　—摩擦時間　—實際摩擦加熱時間—實際頂鍛時間2.摩擦焊接產熱(１)摩擦加熱功率　摩擦加熱功率的大小及其隨摩擦

6、時間的變化，決定了焊接溫度及其溫度場的分布，直接影響接頭的加熱過程、焊接生產率和焊接質量，同時也關系到摩擦焊機的設計與制造。(２)摩擦焊接表面溫度　摩擦焊接表面的溫度會直接影響接頭的加熱溫度、溫度分布、摩擦系數(shù)、接頭金屬的變形與擴散。圖１０-１１　摩擦加熱功率分布圖10.2.2摩擦焊焊接工藝1.工藝特點2.接頭形式設計３.摩擦焊焊接參數(shù)４.焊接參數(shù)對接頭質量的影響1.工藝特點１)焊接施工時間短，生產效率高。２)因焊接熱循環(huán)引起的焊接變形小，焊后尺寸精度高，不用焊后校形和消除應力。３)機械化、自動化程度高，焊接質量穩(wěn)

7、定。４)適合各類異種材料的焊接，對常規(guī)熔化下不能焊接的鋁-鋼、鋁-銅、鈦-銅、金屬間化合物-鋼等都可以進行焊接。５)可以實現(xiàn)同直徑、不同直徑的棒材和管材的焊接。６)焊接時不產生煙霧、弧光以及有害氣體等，不污染環(huán)境。１)對非圓形截面焊接較困難，所需設備復雜；對盤狀薄零件和薄壁管件，由于不易夾固，施焊也比較困難。２)對形狀及組裝位置已經確定的構件，很難實現(xiàn)摩擦焊接。３)接頭容易產生飛邊，必須焊后進行機械加工。４)夾緊部位容易產生劃傷或夾持痕跡。2.接頭形式設計１)在旋轉式摩擦焊的兩個工件中，至少要有一個工件具有回轉斷面

8、。２)焊接工件應具有較大的剛度，夾緊方便、牢固，要盡量避免采用薄管和薄板接頭。３)同種材料的兩個焊件斷面尺寸應盡量相同，以保證焊接溫度分布均勻和變形層厚度相同。４)一般傾斜接頭應與中心線成３０°～４５°的斜面。５)對鍛壓溫度或熱導率相差較大的異種材料焊接時，為了使兩個零件的頂鍛相對平衡，應調整界面的相對尺寸；為了防止高溫下強度低的工件端面金屬產生過多的變形流