摩擦焊連接方法與基本原理

1、LOGO焊接成型原理焊接成型原理長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院課件制作：徐世偉課件制作：徐世偉指導(dǎo)教師：劉耀東指導(dǎo)教師：劉耀東第九章第九章 摩擦焊連接方法與基本原理摩擦焊連接方法與基本原理 摩擦焊摩擦焊(Friction Welding)是一種壓焊方法是一種壓焊方法，它是在外力作用下，利用焊件接觸面之間的相對(duì)摩，它是在外力作用下，利用焊件接觸面之間的相對(duì)摩擦運(yùn)動(dòng)和塑性流動(dòng)所產(chǎn)生的熱量，使接觸面及其臨近擦運(yùn)動(dòng)和塑性流動(dòng)所產(chǎn)生的熱量，使接觸面及其臨近區(qū)金屬達(dá)到粘塑性狀態(tài)并產(chǎn)生適當(dāng)?shù)暮暧^(guān)塑性變形，區(qū)金屬達(dá)到粘塑性狀態(tài)并產(chǎn)生適當(dāng)?shù)暮暧^(guān)塑性變形，通過(guò)兩側(cè)材料間的相互擴(kuò)散和動(dòng)

2、態(tài)再結(jié)晶而完成焊接通過(guò)兩側(cè)材料間的相互擴(kuò)散和動(dòng)態(tài)再結(jié)晶而完成焊接的。的。Contents9.19.29.39.49.5 9 .1 摩擦焊基本原理摩擦焊基本原理u圖圖9一一1是摩擦焊的基本形式，兩個(gè)圓斷面的金屬是摩擦焊的基本形式，兩個(gè)圓斷面的金屬工件摩擦焊前，工件工件摩擦焊前，工件1夾持在可以旋轉(zhuǎn)的夾頭上，夾持在可以旋轉(zhuǎn)的夾頭上，工件工件2夾持夾持 圖圖9，1摩擦焊原理示意圖摩擦焊原理示意圖 1一工件一工件;2一工件一工件;3一旋轉(zhuǎn)夾頭一旋轉(zhuǎn)夾頭;4一移動(dòng)夾頭一移動(dòng)夾頭(a)形成相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)形成相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)b) 施加壓力兩界面接觸施加壓力兩界面接觸(C)進(jìn)行焊接進(jìn)行焊接(d)焊接結(jié)束焊接結(jié)束Conten

3、ts9.2 摩擦焊分類(lèi)摩擦焊分類(lèi) 圖圖9.2攪拌摩擦焊原理攪拌摩擦焊原理9.2.1 攪拌摩擦焊攪拌摩擦焊(Friction Stir Welding） 一種鋁合金攪拌摩擦焊頭的強(qiáng)度高一種鋁合金攪拌摩擦焊頭的強(qiáng)度高15%20%，伸長(zhǎng)，伸長(zhǎng)率高率高1倍，斷裂韌度高倍，斷裂韌度高30%，接頭區(qū)為細(xì)晶組織，焊縫，接頭區(qū)為細(xì)晶組織，焊縫中無(wú)氣孔、裂紋等缺陷中無(wú)氣孔、裂紋等缺陷;此外，焊件焊后殘余變形很小，此外，焊件焊后殘余變形很小，焊縫中的殘余應(yīng)力很低。焊縫中的殘余應(yīng)力很低。 這種方法的這種方法的缺點(diǎn)缺點(diǎn)是，為了避免攪拌引起的振動(dòng)力使焊是，為了避免攪拌引起的振動(dòng)力使焊件偏離正確的裝配方位，在施焊時(shí)必須把

4、焊件剛性固定，件偏離正確的裝配方位，在施焊時(shí)必須把焊件剛性固定，從而使它的工藝柔性受到限制。從而使它的工藝柔性受到限制。 攪拌摩擦焊技術(shù)及其工程應(yīng)用的開(kāi)發(fā)進(jìn)展很快，已在攪拌摩擦焊技術(shù)及其工程應(yīng)用的開(kāi)發(fā)進(jìn)展很快，已在新型運(yùn)載工具的新結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中開(kāi)始采用，如鋁合金高速船新型運(yùn)載工具的新結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中開(kāi)始采用，如鋁合金高速船體結(jié)構(gòu)、高速列車(chē)結(jié)構(gòu)及火箭箭體結(jié)構(gòu)等。體結(jié)構(gòu)、高速列車(chē)結(jié)構(gòu)及火箭箭體結(jié)構(gòu)等。 連續(xù)驅(qū)動(dòng)摩擦焊是一工件固定不轉(zhuǎn)動(dòng)，另一工件被連續(xù)驅(qū)動(dòng)摩擦焊是一工件固定不轉(zhuǎn)動(dòng)，另一工件被驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)到恒定轉(zhuǎn)速驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)到恒定轉(zhuǎn)速n。在不轉(zhuǎn)動(dòng)的工件上施以軸向。在不轉(zhuǎn)動(dòng)的工件上施以軸向壓力壓力P1推向轉(zhuǎn)動(dòng)工

5、件。兩工件相接觸，焊接過(guò)程開(kāi)始。推向轉(zhuǎn)動(dòng)工件。兩工件相接觸，焊接過(guò)程開(kāi)始。轉(zhuǎn)速仍保持不變。經(jīng)過(guò)一定時(shí)間，界面溫度達(dá)到材料鍛造轉(zhuǎn)速仍保持不變。經(jīng)過(guò)一定時(shí)間，界面溫度達(dá)到材料鍛造范圍，轉(zhuǎn)動(dòng)工件脫開(kāi)驅(qū)動(dòng)并制動(dòng)，轉(zhuǎn)速?gòu)姆秶?，轉(zhuǎn)動(dòng)工件脫開(kāi)驅(qū)動(dòng)并制動(dòng)，轉(zhuǎn)速?gòu)膎降至零。在制降至零。在制動(dòng)過(guò)程中軸向壓力常增大至動(dòng)過(guò)程中軸向壓力常增大至P2使界面金屬產(chǎn)生頂鍛，并使界面金屬產(chǎn)生頂鍛，并保持到工件冷卻。在頂鍛過(guò)程中界面熱塑材料被擠出界面保持到工件冷卻。在頂鍛過(guò)程中界面熱塑材料被擠出界面形成飛邊。連續(xù)驅(qū)動(dòng)摩擦焊典型特性曲線(xiàn)見(jiàn)圖形成飛邊。連續(xù)驅(qū)動(dòng)摩擦焊典型特性曲線(xiàn)見(jiàn)圖9一一3。9.2.2 連續(xù)驅(qū)動(dòng)摩擦焊連續(xù)驅(qū)動(dòng)摩擦焊

6、慣性摩擦焊慣性摩擦焊是在焊接過(guò)程開(kāi)始前輸人焊接所需的全是在焊接過(guò)程開(kāi)始前輸人焊接所需的全部機(jī)械能。一工件固定不轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)動(dòng)的工件裝在帶有可更部機(jī)械能。一工件固定不轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)動(dòng)的工件裝在帶有可更換的飛輪組的轉(zhuǎn)動(dòng)夾具上，整個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)部分被驅(qū)動(dòng)到轉(zhuǎn)速換的飛輪組的轉(zhuǎn)動(dòng)夾具上，整個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)部分被驅(qū)動(dòng)到轉(zhuǎn)速n0后脫開(kāi)驅(qū)動(dòng)。使兩工件接觸并施加軸向壓力后脫開(kāi)驅(qū)動(dòng)。使兩工件接觸并施加軸向壓力P，焊接過(guò)程，焊接過(guò)程開(kāi)始。飛輪的能量通過(guò)工件結(jié)合面上的摩擦迅速消耗，轉(zhuǎn)開(kāi)始。飛輪的能量通過(guò)工件結(jié)合面上的摩擦迅速消耗，轉(zhuǎn)速減至零，焊接結(jié)束。在轉(zhuǎn)動(dòng)停止前摩擦扭矩有一個(gè)急劇速減至零，焊接結(jié)束。在轉(zhuǎn)動(dòng)停止前摩擦扭矩有一個(gè)急劇上升現(xiàn)象。上升現(xiàn)象。 慣性摩擦焊一般是在恒定壓力下完成慣性摩擦焊一般是在恒定壓力下完成(也有采用二級(jí)也有采用二級(jí)壓力方法，即達(dá)到初速壓力方法，即達(dá)到初速n0 后先施加壓力后先施加壓力P1，當(dāng)轉(zhuǎn)速下降，當(dāng)轉(zhuǎn)速下降至某個(gè)值時(shí)再增加壓力至至某個(gè)值時(shí)再增加壓力至P2保持到焊接結(jié)束保持到焊接結(jié)束)。9.2.3 慣性摩擦焊慣性摩擦焊圖圖9一一3連續(xù)驅(qū)動(dòng)摩擦連續(xù)驅(qū)動(dòng)摩擦焊典型特性曲線(xiàn)焊典型特性曲線(xiàn)圖圖9一一4慣性摩擦焊慣性摩擦焊 典型特征曲線(xiàn)典型特征曲線(xiàn)Contents9.3 摩擦焊接過(guò)程分析摩擦焊接過(guò)程分析 這里我們主要討論應(yīng)用最廣泛的結(jié)構(gòu)鋼這里我們主要討論應(yīng)用最廣泛的結(jié)構(gòu)鋼連續(xù)驅(qū)動(dòng)摩擦焊的焊接過(guò)程及其熱源特點(diǎn)。連