材料连接设备及工艺 教学课件 作者 杨立军 第11章　固相焊连接.ppt

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1、第11章　固相焊连接11.1　摩擦焊11.2　扩散焊11.3　固相焊连接其他工艺方法11.1　摩擦焊11.1.1　概述11.1.2　连续驱动摩擦焊11.1.3　搅拌摩擦焊11.1.4　其他摩擦焊方法11.1.1　概述1.摩擦焊原理及特点2.摩擦焊的分类1.摩擦焊原理及特点1)接头质量高。2)广泛的工艺适应性。3)焊件尺寸精度高。4)生产效率高。5)焊接过程可靠性高。6)环境清洁。图11-1　摩擦焊工艺方法及分类2.摩擦焊的分类随着科学技术的不断进步，摩擦焊工艺与相关学科及高新技术相结合，使得摩擦焊工艺方法从传统的几种形式发展到20多种。根据焊件的相对运动和工艺特点进行的分类如图

2、11-1所示。其中的连续驱动摩擦焊是目前最常用的一种方法，而搅拌摩擦焊则是较新的技术。下面主要介绍连续驱动摩擦焊和搅拌摩擦焊，并简要介绍其他类型的摩擦焊技术。11.1.2　连续驱动摩擦焊1.连续驱动摩擦焊过程2.连续驱动摩擦焊设备3.连续驱动摩擦焊工艺4.连续驱动摩擦焊接头设计1.连续驱动摩擦焊过程(1)初始摩擦阶段　凹凸不平互相压入的表面迅速产生塑性变形和机械挖掘现象，表面不平会引起振动，空气也可能进入摩擦表面。(2)不稳定摩擦阶段　摩擦破坏了待焊面的原始状态，未受污染的材质相互接触，真实的接触面积增大，材质的塑性、韧性有较大提高，摩擦因数增大，摩擦加热功率提高，达到峰值后，

3、又由于界面区温度的进一步升高，塑性增高和强度下降，加热功率又迅速降低。图11-2　连续驱动摩擦焊过程1.连续驱动摩擦焊过程(3)稳定摩擦阶段　此时材料的粘结现象减少，分子作用现象增强，摩擦因数很小，摩擦加热功率稳定在较低水平。(4)停车阶段　这个阶段，伴随焊件间相对运动的减慢和停止，摩擦转矩增大，界面附近的高温材料被大量挤出，变形量也随之增大，具有顶锻的特点，为了结合得更牢固，制动时间要严格控制。(5)纯顶锻阶段　是指从焊件停止相对运动到顶锻力上升到最大值所对应的阶段。(6)顶锻维持阶段　是指顶锻压力达到最大值到压力开始撤除所对应的阶段。2.连续驱动摩擦焊设备图11-4　普通型

4、连续驱动摩擦焊机1—主轴电动机　2—离合器　3—制动器　4—主轴　5—旋转夹头6—焊件　7—移动夹头　8—轴向加压液压缸2.连续驱动摩擦焊设备(1)主轴系统　主要由主轴电动机、传动带、离合器、制动器、轴承和主轴组成，主轴系统传送焊接所需要的功率，承受摩擦扭矩。(2)加压系统　主要包括加压机构和受力机构。(3)机身　机身一般为卧式，少数为立式。(4)夹头　夹头分为旋转和移动(固定)两种。(5)检测与控制系统　参数检测主要涉及时间(摩擦时间、制动时间、顶锻上升时间、顶锻维持时间)、加热功率、压力(摩擦压力、顶锻压力)、变形量、转矩、转速、温度、特征信号(如摩擦开始时刻、功率峰值及所

5、对应当时刻)等。(6)辅助装置　主要包括自动送料、卸料、以及自动切除飞边装置等。3.连续驱动摩擦焊工艺(1)转速和摩擦压力　转速和摩擦压力直接影响摩擦转矩、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。(2)摩擦时间　摩擦时间影响接头的温度、温度场和质量。(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，必须有一定的变形量，通常选取的范围为1～10mm。(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所对应的时间，当其由小到大变化时，摩擦转矩后峰值也从小到大变化。(5)顶锻压力、顶锻变形量和顶锻变形速度　顶锻

6、压力的作用是挤出摩擦变形层中的氧化物和其他有害杂质，并使焊缝得到锻压，结合牢固，晶粒细化。4.连续驱动摩擦焊接头设计1)对旋转式摩擦焊，至少有一个是圆形截面。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30°～45°的斜面。4)对锻压温度或热导率相差较大的材料，为了使两个焊件的锻压和顶锻相对平衡，应调整截面的相对尺寸。5)对大截面接头，为了降低摩擦加热时的转矩和功率峰值，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(如不能切除飞边或不允许飞边暴露时)，应预留飞边槽。4.连续驱动摩擦焊接头设计7)对于

7、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，而焊缝中心部位对转矩和弯曲应力的承担又很少，所以如果工作条件允许，可将一个或两个焊件加工出中心孔洞，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，可有效避免中心未熔合。9)摩擦焊应避免渗碳、渗氮等。10)为了防止由于轴向力(摩擦力、顶锻力)引起的滑退，通常在焊件后面设置挡块。11)焊件伸出夹头外的尺寸要适当，被焊件应尽可能有相同的伸出长度。4.连续驱动摩擦焊接头设计表11-1　摩擦焊接头的基本形式表1