特種焊接技術(shù)摩擦焊

1、第四單元 摩擦焊綜合知識模塊 4.1 摩擦焊概述4.1 o摩擦焊摩擦焊（friction welding，F(xiàn)RW） 4.1.1 摩擦焊的基本原理 一、摩擦焊的分類一、摩擦焊的分類1按焊件相對運動形式進行分類按焊件相對運動形式進行分類 2按焊接工藝特點進行分類按焊接工藝特點進行分類 二、常規(guī)摩擦焊方法二、常規(guī)摩擦焊方法o1. 連續(xù)驅(qū)動摩擦焊連續(xù)驅(qū)動摩擦焊 o2. 慣性摩擦焊慣性摩擦焊o3. 相位摩擦焊相位摩擦焊o4. 徑向摩擦焊徑向摩擦焊o5. 摩擦堆焊摩擦堆焊 o6線性摩擦焊線性摩擦焊 o7嵌入式摩擦焊嵌入式摩擦焊o8超塑性摩擦焊超塑性摩擦焊 o9第三體摩擦焊第三體摩擦焊 1. 連續(xù)驅(qū)動摩擦焊

2、連續(xù)驅(qū)動摩擦焊2. 慣性摩擦焊慣性摩擦焊3. 相位摩擦焊相位摩擦焊 1）機械同步相位摩擦焊 2）插銷配合摩擦焊 4. 徑向摩擦焊徑向摩擦焊5. 摩擦堆焊摩擦堆焊 6線性摩擦焊線性摩擦焊 7嵌入式摩擦焊嵌入式摩擦焊 8超塑性摩擦焊超塑性摩擦焊 9第三體摩擦焊第三體摩擦焊 三、摩擦焊的特點三、摩擦焊的特點 三、摩擦焊的特點三、摩擦焊的特點 4.1.3 摩擦焊的應(yīng)用1. 適用的材料適用的材料1. 適用的材料適用的材料2應(yīng)用的行業(yè)及其產(chǎn)品應(yīng)用的行業(yè)及其產(chǎn)品 4.2 傳統(tǒng)摩擦焊的工藝與設(shè)備4.2.1 傳統(tǒng)摩擦焊的工藝過程一 傳統(tǒng)摩擦焊焊接過程傳統(tǒng)摩擦焊焊接過程 二二 摩擦焊加熱功率及其溫度摩擦焊加熱功率

3、及其溫度 3f1RnpKP4.2.2 傳統(tǒng)摩擦焊的工藝及參數(shù)一、一、 接頭形式設(shè)計與表面準備接頭形式設(shè)計與表面準備1摩擦焊接頭的形式設(shè)計摩擦焊接頭的形式設(shè)計 連續(xù)驅(qū)動摩擦焊接頭形式在設(shè)計時主要遵循以下原則 2接頭表面準備接頭表面準備 二二 焊接工藝參數(shù)焊接工藝參數(shù) o 1連續(xù)驅(qū)動摩擦焊的工藝參數(shù)連續(xù)驅(qū)動摩擦焊的工藝參數(shù) o 2慣性摩擦焊的工藝參數(shù)慣性摩擦焊的工藝參數(shù) 1連續(xù)驅(qū)動摩擦焊的工藝參數(shù)連續(xù)驅(qū)動摩擦焊的工藝參數(shù)1連續(xù)驅(qū)動摩擦焊的工藝參數(shù)連續(xù)驅(qū)動摩擦焊的工藝參數(shù)1連續(xù)驅(qū)動摩擦焊的工藝參數(shù)連續(xù)驅(qū)動摩擦焊的工藝參數(shù)1連續(xù)驅(qū)動摩擦焊的工藝參數(shù)連續(xù)驅(qū)動摩擦焊的工藝參數(shù)1連續(xù)驅(qū)動摩擦焊的工藝參數(shù)連續(xù)

4、驅(qū)動摩擦焊的工藝參數(shù)2慣性摩擦焊的工藝參數(shù)慣性摩擦焊的工藝參數(shù) o 慣性摩擦焊在參數(shù)選取上與連續(xù)驅(qū)動摩擦焊有所不同，主要的參數(shù)有飛輪轉(zhuǎn)動慣量、飛輪起始轉(zhuǎn)速和軸向壓力。 o 1）飛輪轉(zhuǎn)動慣量 o 2）飛輪初速度 o 3）軸向壓力 4.2.3 典型材料的摩擦焊接工藝o 一、材料的摩擦焊接性一、材料的摩擦焊接性 o 二、焊接工藝參數(shù)的選擇原則二、焊接工藝參數(shù)的選擇原則 o 三、典型材料的摩擦焊接典型材料的摩擦焊接一、材料的摩擦焊接性一、材料的摩擦焊接性 二、焊接工藝參數(shù)的選擇原則二、焊接工藝參數(shù)的選擇原則 o 碳鋼的連續(xù)驅(qū)動摩擦焊接參數(shù)選擇范圍為：摩擦速度0.63m/s，摩擦壓力20100 MPa，

5、摩擦?xí)r間140s，變形量1l0mm，停車時間0.11s，頂鍛壓力100200 MPa，頂鍛變形量16mm，頂鍛速度1040 mm/ s。 o 焊接高溫強度差別比較大的異種鋼或某些不產(chǎn)生脆性化合物的異種金屬時，除了在高溫強度低的材料一方加模子以外，還要適當延長摩擦?xí)r間，提高摩擦壓力和頂鍛壓力。 三典型材料的摩擦焊接典型材料的摩擦焊接 o 1鋁鋁-銅過渡接頭的低溫摩擦焊銅過渡接頭的低溫摩擦焊 o 2高速鋼高速鋼-45號鋼刀具的封閉摩擦焊號鋼刀具的封閉摩擦焊o 3鍋爐蛇形管的摩擦焊鍋爐蛇形管的摩擦焊 o 4石油鉆桿的摩擦焊石油鉆桿的摩擦焊 o 5樹脂基管道的線性摩擦焊接樹脂基管道的線性摩擦焊接 1鋁

6、鋁-銅過渡接頭的低溫摩擦焊銅過渡接頭的低溫摩擦焊接頭直徑/mm轉(zhuǎn) 速（rmin-1）摩擦壓力/MPa摩擦?xí)r間/s頂鍛壓力/MPa模外留量 /mm 鋁銅6101620263036401030540320270208180170160140170200240280300330350666666666004504004004004004004001222222210131820222426282高速鋼高速鋼-45號鋼刀具的封閉摩擦焊號鋼刀具的封閉摩擦焊接頭直徑/mm轉(zhuǎn)速（rmin-1）摩擦壓力/MPa頂鍛時間/s頂鍛壓力/MPa備注14200012010240采用模子20200012012240采用

7、模子30200012014240采用模子40150012016240采用模子50150012018240采用模子60100012020240采用模子3鍋爐蛇形管的摩擦焊鍋爐蛇形管的摩擦焊 o 鍋爐制造中，為了節(jié)省能量，采用材料為20號鋼、直徑為32mm、壁厚4mm的蛇形管制造。o 在摩擦焊接時，由于管子長達12m左右，需要解決長管的平穩(wěn)旋轉(zhuǎn)、焊接質(zhì)量穩(wěn)定和減少內(nèi)毛刺等問題。o 為了提高和穩(wěn)定蛇形管的焊接質(zhì)量、減少內(nèi)毛刺，選擇采用強規(guī)范摩擦焊。 轉(zhuǎn)速（rmin-1）摩擦壓力/MPa摩擦?xí)r間/s頂鍛壓力/MPa接頭變形量/mm備注14301000.822002.32.4采用功率極值控制4石油鉆桿的

8、摩擦焊石油鉆桿的摩擦焊o 石油鉆桿是由帶螺紋的工具接頭與管體焊接而成。o 工具接頭材料為35CrMo鋼，管體材料為40Mn2鋼。常用鉆桿的焊接斷面為140mm 20mm，127mm l0mm。o 采用大型焊機,，了降低摩擦加熱功率（特別是峰值功率），需采用弱規(guī)范焊接。 接頭尺寸/mm轉(zhuǎn)速/（rmin-1）摩擦壓力/MPa摩擦?xí)r間/s頂鍛壓力/MPa接頭變形量/mm備注141 20127155305630501214摩擦變形量12mm頂鍛變形量8 10 mm鉆桿工具接頭焊接端面倒角5樹脂基管道的線性摩擦焊接樹脂基管道的線性摩擦焊接 o 采用振動夾頭使待焊界面上下摩擦，當達到可以接合的溫度后停止振

9、動摩擦，施加頂鍛壓力實現(xiàn)焊接。 o 樹脂基管道線性摩擦焊接的主要參數(shù)是振動頻率、振幅和頂鍛壓力。n 對于外徑216mm，壁厚16mm的管道，振幅可選擇lmm左右，振動頻率在15Hz以下，接頭的屈服強度可達20 MPa以上，幾乎與母材等強度，伸長率達到了母材的72%。 4.2.4 傳統(tǒng)摩擦焊設(shè)備o 一、傳統(tǒng)摩擦焊設(shè)備的組成一、傳統(tǒng)摩擦焊設(shè)備的組成 o 二、典型設(shè)備的技術(shù)參數(shù)二、典型設(shè)備的技術(shù)參數(shù)一、傳統(tǒng)摩擦焊設(shè)備的組成一、傳統(tǒng)摩擦焊設(shè)備的組成 二、典型設(shè)備的技術(shù)參數(shù)二、典型設(shè)備的技術(shù)參數(shù)o 表4-10和表4-11是部分國內(nèi)連續(xù)驅(qū)動摩擦焊機和混合式摩擦焊機的型號、技術(shù)指標和適用范圍o 表4-12是

10、部分慣性摩擦焊機的型號和技術(shù)指標。 4.2.5 傳統(tǒng)摩擦焊質(zhì)量控制與安全技術(shù)o 一、焊接質(zhì)量及其控制一、焊接質(zhì)量及其控制 o 二、安全技術(shù)二、安全技術(shù) 一、焊接質(zhì)量及其控制一、焊接質(zhì)量及其控制 o 1焊接缺陷及產(chǎn)生原因焊接缺陷及產(chǎn)生原因 o 2質(zhì)量控制質(zhì)量控制 1焊接缺陷及產(chǎn)生原因焊接缺陷及產(chǎn)生原因2質(zhì)量控制質(zhì)量控制 2質(zhì)量控制質(zhì)量控制 2質(zhì)量控制質(zhì)量控制 二、安全技術(shù)二、安全技術(shù) 4.3 攪拌摩擦焊4.3 攪拌摩擦焊o 4.3.1 攪拌摩擦焊的焊接過程及特點o 4.3.2 攪拌摩擦焊工藝o 4.3.3 攪拌摩擦焊設(shè)備o 4.3.4 攪拌摩擦焊技術(shù)的應(yīng)用4.3.1 攪拌摩擦焊的焊接過程及特點

11、4.3.2 攪拌摩擦焊工藝一、攪拌摩擦焊接頭形式一、攪拌摩擦焊接頭形式 二、攪拌摩擦焊的熱輸入與焊接參數(shù)二、攪拌摩擦焊的熱輸入與焊接參數(shù) 三、攪拌摩擦焊接參數(shù)的選擇三、攪拌摩擦焊接參數(shù)的選擇 一、攪拌摩擦焊接頭形式一、攪拌摩擦焊接頭形式二、攪拌摩擦焊的熱輸入與焊接參數(shù)二、攪拌摩擦焊的熱輸入與焊接參數(shù)三、攪拌摩擦焊接參數(shù)的選擇三、攪拌摩擦焊接參數(shù)的選擇o 攪拌摩擦焊接參數(shù)主要包括焊接速度（攪拌焊頭沿焊縫方向的行進速度）、攪拌焊頭轉(zhuǎn)速、焊接壓力、攪拌焊頭結(jié)構(gòu)參數(shù)（傾角）、攪拌焊頭插入速度和保持時間等。 1焊接速度 2攪拌焊頭旋轉(zhuǎn)速度攪拌焊頭旋轉(zhuǎn)速度 3焊接壓力焊接壓力 4.3.3 攪拌摩擦焊設(shè)備一

12、、攪拌摩擦焊接工具一、攪拌摩擦焊接工具 o 1軸肩軸肩 o 2攪拌針攪拌針 二、攪拌摩擦焊機二、攪拌摩擦焊機 4.3.4 攪拌摩擦焊技術(shù)的應(yīng)用o 一、典型材料的攪拌摩擦焊一、典型材料的攪拌摩擦焊 o 二、攪拌摩擦焊的工業(yè)應(yīng)用二、攪拌摩擦焊的工業(yè)應(yīng)用 一、典型材料的攪拌摩擦焊一、典型材料的攪拌摩擦焊 o 1 鋁合金的焊接鋁合金的焊接 o 2 鎂合金的焊接鎂合金的焊接 o 3 銅合金的焊接銅合金的焊接o 4 鈦合金的焊接鈦合金的焊接o 5 鋼的焊接鋼的焊接 1 鋁合金的焊接鋁合金的焊接材料板厚/mm轉(zhuǎn)速/rmin-1焊接速度/mmmin-11050556018401552024-T66.54001

13、200602024-T36.42153607726720951.6100024621955.8200一2501 595052-O220004050838500702006061-T66.38001206.5400120060AA6081-T4（美國）5.810003506061鋁基復(fù)合材料41500500608242200250070014007075-T64100030020244200037. 52 鎂合金的焊接鎂合金的焊接 焊接速度/mmmin-1306095118235300抗拉強度/MPa試件1143141146134159172試件2130132138135151167接頭與母材強

14、度比/%試件1646365607176試件25857616067743 銅合金的焊接銅合金的焊接o 焊接操作簡單，焊前只需丙酮等有機溶劑去除結(jié)合面油脂，無需開坡口去除氧化膜；o 焊后無需去除余高，提高了生產(chǎn)效率。焊接過程能耗小，無需填充材料，焊接成本低。 4 鈦合金的焊接鈦合金的焊接o 采用攪拌摩擦焊技術(shù)焊接鈦合金Ti-6 Al-4 V，可以得到高質(zhì)量的焊縫，且焊接速度快、成本低、效益好、操作簡單。o 鈦合金的攪拌摩擦焊接性與銅合金相近，難度大于鋁合金，低于鋼材。 5 鋼的焊接鋼的焊接o 鋼的攪拌摩擦焊接頭同樣存在焊核區(qū)、熱機影響區(qū)和熱影響區(qū)。焊核區(qū)為等軸晶粒組織，晶粒比母材區(qū)細??；與鋁合金的攪拌摩擦焊接相類似。 二、攪拌摩擦焊的工業(yè)應(yīng)用二、攪拌摩擦焊的工業(yè)應(yīng)用 o 1攪拌摩擦焊在航天領(lǐng)域的應(yīng)用攪拌摩擦焊在航天領(lǐng)域的應(yīng)用 2攪拌摩擦焊在飛機制造領(lǐng)域的應(yīng)用攪拌摩擦焊在飛機制造領(lǐng)域的應(yīng)用 3攪拌摩擦焊在船舶制造工業(yè)中的應(yīng)用攪拌摩擦焊在船舶制造工業(yè)中的應(yīng)用 4攪拌摩擦焊