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摩擦焊连接方法与根本原理摩擦焊连接方法与根本原理1第九章第九章 摩擦焊连接方法与根本原理摩擦焊连接方法与根本原理 摩擦焊摩擦焊(Friction Welding)是一种压焊方法，是一种压焊方法，它是在外力作用下，利用焊件接触面之间的相对摩擦它是在外力作用下，利用焊件接触面之间的相对摩擦运动和塑性流动所产生的热量，使接触面及其临近区运动和塑性流动所产生的热量，使接触面及其临近区金属到达粘塑性状态并产生适当的宏观塑性变形，通金属到达粘塑性状态并产生适当的宏观塑性变形，通过两侧材料间的相互扩散和动态再结晶而完成焊接的。过两侧材料间的相互扩散和动态再结晶而完成焊接的。第九章 摩擦焊连接方法与根本原理 摩擦焊(2Contents 摩擦焊根本原理摩擦焊根本原理摩擦焊根本原理摩擦焊根本原理摩擦焊分类摩擦焊分类摩擦焊分类摩擦焊分类摩擦焊接过程分析摩擦焊接过程分析摩擦焊接过程分析摩擦焊接过程分析摩擦焊标准参数摩擦焊标准参数摩擦焊标准参数摩擦焊标准参数9.19.29.39.4摩擦焊接头的缺陷及检测摩擦焊接头的缺陷及检测摩擦焊接头的缺陷及检测摩擦焊接头的缺陷及检测9.5Contents 摩擦焊根本原理摩擦焊分类摩擦焊接过程分析摩39.1 摩擦摩擦焊焊根本原理根本原理u图图9一一1是摩擦焊的根本形式，两个圆断面的金属是摩擦焊的根本形式，两个圆断面的金属工件摩擦焊前，工件工件摩擦焊前，工件1夹持在可以旋转的夹头上，夹持在可以旋转的夹头上，工件工件2夹持夹持 图图9，1摩擦焊原理示意图摩擦焊原理示意图 1一工件一工件;2一工件一工件;3一旋转夹头一旋转夹头;4一移动夹头一移动夹头(a)形成相对转动形成相对转动b)施加压力两界面接触施加压力两界面接触(C)进行焊接进行焊接(d)焊接结束焊接结束9.1 摩擦焊根本原理图9一1是摩擦焊的根本形式，两个4 在能够向前移动加压的夹头上。焊接开始时，工件在能够向前移动加压的夹头上。焊接开始时，工件在能够向前移动加压的夹头上。焊接开始时，工件在能够向前移动加压的夹头上。焊接开始时，工件1 1首先首先首先首先以以以以 高速旋转，然后工件高速旋转，然后工件高速旋转，然后工件高速旋转，然后工件2 2向工件向工件向工件向工件1 1方向移动、接触，并施方向移动、接触，并施方向移动、接触，并施方向移动、接触，并施加足够大的摩探压力，这时开始了摩擦加热过程，摩擦外加足够大的摩探压力，这时开始了摩擦加热过程，摩擦外加足够大的摩探压力，这时开始了摩擦加热过程，摩擦外加足够大的摩探压力，这时开始了摩擦加热过程，摩擦外表消耗的机械能直接转换成热能。表消耗的机械能直接转换成热能。表消耗的机械能直接转换成热能。表消耗的机械能直接转换成热能。摩擦一段时间后，接头金属的摩擦加热温度到达焊摩擦一段时间后，接头金属的摩擦加热温度到达焊摩擦一段时间后，接头金属的摩擦加热温度到达焊摩擦一段时间后，接头金属的摩擦加热温度到达焊接温度，立即停止工件接温度，立即停止工件接温度，立即停止工件接温度，立即停止工件1 1的转动，同时工件的转动，同时工件的转动，同时工件的转动，同时工件2 2向前快速移向前快速移向前快速移向前快速移动，对接头施加较大的顶锻压力，使其产生一定的顶锻变动，对接头施加较大的顶锻压力，使其产生一定的顶锻变动，对接头施加较大的顶锻压力，使其产生一定的顶锻变动，对接头施加较大的顶锻压力，使其产生一定的顶锻变形量。压力保持一段时间后，松开两个夹头，取出焊件，形量。压力保持一段时间后，松开两个夹头，取出焊件，形量。压力保持一段时间后，松开两个夹头，取出焊件，形量。压力保持一段时间后，松开两个夹头，取出焊件，全部焊接过程结束，通常全部焊接过程只要全部焊接过程结束，通常全部焊接过程只要全部焊接过程结束，通常全部焊接过程只要全部焊接过程结束，通常全部焊接过程只要2 23 S3 S的时的时的时的时间。间。间。间。在整个焊接过程中，摩擦界面温度一般不会超过材料在整个焊接过程中，摩擦界面温度一般不会超过材料在整个焊接过程中，摩擦界面温度一般不会超过材料在整个焊接过程中，摩擦界面温度一般不会超过材料熔点，所以摩擦焊属于固相焊接。熔点，所以摩擦焊属于固相焊接。熔点，所以摩擦焊属于固相焊接。熔点，所以摩擦焊属于固相焊接。在能够向前移动加压的夹头上。焊接开始时，工件1首先以 5 同种材质摩擦焊时，最初界面接触点上产生犁削一粘同种材质摩擦焊时，最初界面接触点上产生犁削一粘同种材质摩擦焊时，最初界面接触点上产生犁削一粘同种材质摩擦焊时，最初界面接触点上产生犁削一粘合现象。由于单位压力很大，粘合区增多，继续摩擦使这合现象。由于单位压力很大，粘合区增多，继续摩擦使这合现象。由于单位压力很大，粘合区增多，继续摩擦使这合现象。由于单位压力很大，粘合区增多，继续摩擦使这些粘合点产生剪切撕裂，金属从一个外表迁移到另一个外些粘合点产生剪切撕裂，金属从一个外表迁移到另一个外些粘合点产生剪切撕裂，金属从一个外表迁移到另一个外些粘合点产生剪切撕裂，金属从一个外表迁移到另一个外表。表。表。表。界面上的犁削一粘合一剪切撕裂过程进行时，摩擦力界面上的犁削一粘合一剪切撕裂过程进行时，摩擦力界面上的犁削一粘合一剪切撕裂过程进行时，摩擦力界面上的犁削一粘合一剪切撕裂过程进行时，摩擦力矩增加使界面温度升高。当整个界面上形成一个连续塑性矩增加使界面温度升高。当整个界面上形成一个连续塑性矩增加使界面温度升高。当整个界面上形成一个连续塑性矩增加使界面温度升高。当整个界面上形成一个连续塑性状态薄层后，摩擦力矩降低到一最小值。界面金属成为塑状态薄层后，摩擦力矩降低到一最小值。界面金属成为塑状态薄层后，摩擦力矩降低到一最小值。界面金属成为塑状态薄层后，摩擦力矩降低到一最小值。界面金属成为塑性状态并在压力作用下不断被挤出形成飞边，工件轴向长性状态并在压力作用下不断被挤出形成飞边，工件轴向长性状态并在压力作用下不断被挤出形成飞边，工件轴向长性状态并在压力作用下不断被挤出形成飞边，工件轴向长度也不断缩短。度也不断缩短。度也不断缩短。度也不断缩短。同种材质摩擦焊时，最初界面接触点上产生犁削6 异种金属的结合机理比较复杂，除了犁削一粘合一剪异种金属的结合机理比较复杂，除了犁削一粘合一剪异种金属的结合机理比较复杂，除了犁削一粘合一剪异种金属的结合机理比较复杂，除了犁削一粘合一剪切撕裂物理现象外，金属的物理与力学性能、相互间固溶切撕裂物理现象外，金属的物理与力学性能、相互间固溶切撕裂物理现象外，金属的物理与力学性能、相互间固溶切撕裂物理现象外，金属的物理与力学性能、相互间固溶度及金属间化合物等，在结合机理中都会起作用。度及金属间化合物等，在结合机理中都会起作用。度及金属间化合物等，在结合机理中都会起作用。度及金属间化合物等，在结合机理中都会起作用。焊接时由于机械混合和扩散作用，在结合面附近很窄焊接时由于机械混合和扩散作用，在结合面附近很窄焊接时由于机械混合和扩散作用，在结合面附近很窄焊接时由于机械混合和扩散作用，在结合面附近很窄的区域内有可能发生一定程度的合金化。这一薄层的性能的区域内有可能发生一定程度的合金化。这一薄层的性能的区域内有可能发生一定程度的合金化。这一薄层的性能的区域内有可能发生一定程度的合金化。这一薄层的性能对整个接头的性能会有重要影响。机械混合和相互镶嵌对对整个接头的性能会有重要影响。机械混合和相互镶嵌对对整个接头的性能会有重要影响。机械混合和相互镶嵌对对整个接头的性能会有重要影响。机械混合和相互镶嵌对结合也会有一定作用。这种复杂性使得异种金属的摩擦焊结合也会有一定作用。这种复杂性使得异种金属的摩擦焊结合也会有一定作用。这种复杂性使得异种金属的摩擦焊结合也会有一定作用。这种复杂性使得异种金属的摩擦焊接很难预料。接很难预料。接很难预料。接很难预料。Contents 异种金属的结合机理比较复杂，除了犁削一粘合79.2 摩擦焊分类摩擦焊分类 摩擦焊工艺方法目前已由传统的几种形式开展到摩擦焊工艺方法目前已由传统的几种形式开展到摩擦焊工艺方法目前已由传统的几种形式开展到摩擦焊工艺方法目前已由传统的几种形式开展到2020多种，极大地扩展了摩擦焊的应用领域。常用的摩擦焊工多种，极大地扩展了摩擦焊的应用领域。常用的摩擦焊工多种，极大地扩展了摩擦焊的应用领域。常用的摩擦焊工多种，极大地扩展了摩擦焊的应用领域。常用的摩擦焊工艺有连续驱动摩擦焊、惯性摩擦焊、线性摩擦焊、搅拌摩艺有连续驱动摩擦焊、惯性摩擦焊、线性摩擦焊、搅拌摩艺有连续驱动摩擦焊、惯性摩擦焊、线性摩擦焊、搅拌摩艺有连续驱动摩擦焊、惯性摩擦焊、线性摩擦焊、搅拌摩擦焊等。焊件的形状由典型的圆截面扩展到非圆截面擦焊等。焊件的形状由典型的圆截面扩展到非圆截面擦焊等。焊件的形状由典型的圆截面扩展到非圆截面擦焊等。焊件的形状由典型的圆截面扩展到非圆截面(线线线线性摩擦焊性摩擦焊性摩擦焊性摩擦焊)和板材和板材和板材和板材(搅拌摩擦焊搅拌摩擦焊搅拌摩擦焊搅拌摩擦焊)，所焊材料由传统的金属，所焊材料由传统的金属，所焊材料由传统的金属，所焊材料由传统的金属材料拓宽到粉末合金和异种材料领域。材料拓宽到粉末合金和异种材料领域。材料拓宽到粉末合金和异种材料领域。材料拓宽到粉末合金和异种材料领域。9.2 摩擦焊分类 摩擦焊工艺方法8 搅拌摩擦焊是英国焊接研究所推出的一项专利技搅拌摩擦焊是英国焊接研究所推出的一项专利技搅拌摩擦焊是英国焊接研究所推出的一项专利技搅拌摩擦焊是英国焊接研究所推出的一项专利技术，其原理见图术，其原理见图术，其原理见图术，其原理见图9 9一一一一2 2。图图9.2搅拌摩擦焊原理搅拌摩擦焊原理 搅拌摩擦焊目前不仅限搅拌摩擦焊目前不仅限搅拌摩擦焊目前不仅限搅拌摩擦焊目前不仅限于对各类铝合金的焊接，也于对各类铝合金的焊接，也于对各类铝合金的焊接，也于对各类铝合金的焊接，也开发应用于钢和钛合金，单开发应用于钢和钛合金，单开发应用于钢和钛合金，单开发应用于钢和钛合金，单面可焊厚度从面可焊厚度从面可焊厚度从面可焊厚度从2mm2mm到到到到25mm,25mm,双面焊的厚度可达双面焊的厚度可达双面焊的厚度可达双面焊的厚度可达50mm50mm用常用常用常用常规熔焊方法不能焊接的规熔焊方法不能焊接的规熔焊方法不能焊接的规熔焊方法不能焊接的2xxx2xxx系列铝合金，采用搅拌摩擦系列铝合金，采用搅拌摩擦系列铝合金，采用搅拌摩擦系列铝合金，采用搅拌摩擦焊可以使其焊接性能大为改焊可以使其焊接性能大为改焊可以使其焊接性能大为改焊可以使其焊接性能大为改善。与氢弧焊接头相比，同善。与氢弧焊接头相比，同善。与氢弧焊接头相比，同善。与氢弧焊接头相比，同搅拌摩擦焊搅拌摩擦焊(Friction Stir Welding 搅拌摩擦焊是英国焊接研究所推出的一项专利9 一种铝合金搅拌摩擦焊头的强度高一种铝合金搅拌摩擦焊头的强度高15%20%，伸长率，伸长率高高1倍，断裂韧度高倍，断裂韧度高30%，接头区为细晶组织，焊缝中，接头区为细晶组织，焊缝中无气孔、裂纹等缺陷无气孔、裂纹等缺陷;此外，焊件焊后剩余变形很小，焊此外，焊件焊后剩余变形很小，焊缝中的剩余应力很低。缝中的剩余应力很低。这种方法的缺点是，为了防止搅拌引起的振动力使焊这种方法的缺点是，为了防止搅拌引起的振动力使焊件偏离正确的装配方位，在施焊时必须把焊件刚性固定，件偏离正确的装配方位，在施焊时必须把焊件刚性固定，从而使它的工艺柔性受到限制。从而使它的工艺柔性受到限制。搅拌摩擦焊技术及其工程应用的开发进展很快，已在搅拌摩擦焊技术及其工程应用的开发进展很快，已在新型运载工具的新结构设计中开始采用，如铝合金高速船新型运载工具的新结构设计中开始采用，如铝合金高速船体结构、高速列车结构及火箭箭体结构等。体结构、高速列车结构及火箭箭体结构等。一种铝合金搅拌摩擦焊头的强度高15%20%，伸长率高10 连续驱动摩擦焊是一工件固定不转动，另一连续驱动摩擦焊是一工件固定不转动，另一工件被驱动机构驱动到恒定转速工件被驱动机构驱动到恒定转速n。在不转动的。在不转动的工件上施以轴向压力工件上施以轴向压力P1推向转开工件。两工件相推向转开工件。两工件相接触，焊接过程开始。转速仍保持不变。经过一接触，焊接过程开始。转速仍保持不变。经过一定时间，界面温度到达材料锻造范围，转开工件定时间，界面温度到达材料锻造范围，转开工件脱开驱动并制动，转速从脱开驱动并制动，转速从n降至零。在制动过程降至零。在制动过程中轴向压力常增大至中轴向压力常增大至P2使界面金属产生顶锻，并使界面金属产生顶锻，并保持到工件冷却。在顶锻过程中界面热塑材料被保持到工件冷却。在顶锻过程中界面热塑材料被挤出界面形成飞边。连续驱动摩擦焊典型特性曲挤出界面形成飞边。连续驱动摩擦焊典型特性曲线见图线见图9一一3。连续驱动摩擦焊连续驱动摩擦焊 连续驱动摩擦焊是一工件固定不转动，另一工件11 惯性摩擦焊是在焊接过程开始前输人焊接所惯性摩擦焊是在焊接过程开始前输人焊接所需的全部机械能。一工件固定不转动，转动的工需的全部机械能。一工件固定不转动，转动的工件装在带有可更换的飞轮组的转动夹具上，整个件装在带有可更换的飞轮组的转动夹具上，整个转动局部被驱动到转速转动局部被驱动到转速n0后脱开驱动。使两工件后脱开驱动。使两工件接触并施加轴向压力接触并施加轴向压力P，焊接过程开始。飞轮的，焊接过程开始。飞轮的能量通过工件结合面上的摩擦迅速消耗，转速减能量通过工件结合面上的摩擦迅速消耗，转速减至零，焊接结束。在转动停止前摩擦扭矩有一个至零，焊接结束。在转动停止前摩擦扭矩有一个急剧上升现象。急剧上升现象。惯性摩擦焊一般是在恒定压力下完成惯性摩擦焊一般是在恒定压力下完成(也有也有采用二级压力方法，即到达初速采用二级压力方法，即到达初速n0 后先施加压后先施加压力力P1，当转速下降至某个值时再增加压力至，当转速下降至某个值时再增加压力至P2保持到焊接结束保持到焊接结束)。惯性摩擦焊惯性摩擦焊 惯性摩擦焊是在焊接过程开始前输人焊接所需的12图图9一一3连续驱动摩擦连续驱动摩擦焊典型特性曲线焊典型特性曲线图图9一一4惯性摩擦焊惯性摩擦焊 典型特征曲线典型特征曲线 惯性摩擦焊典型的特性曲线见图惯性摩擦焊典型的特性曲线见图惯性摩擦焊典型的特性曲线见图惯性摩擦焊典型的特性曲线见图9 9一一一一4 4。阶段为焊接开阶段为焊接开阶段为焊接开阶段为焊接开始，界面接触并出现较小的扭矩峰值，始，界面接触并出现较小的扭矩峰值，始，界面接触并出现较小的扭矩峰值，始，界面接触并出现较小的扭矩峰值，阶段是以扭矩平阶段是以扭矩平阶段是以扭矩平阶段是以扭矩平稳为特征的加热阶段，稳为特征的加热阶段，稳为特征的加热阶段，稳为特征的加热阶段，阶段是焊接即将结束，其特征是阶段是焊接即将结束，其特征是阶段是焊接即将结束，其特征是阶段是焊接即将结束，其特征是出现较大的扭矩峰值。出现较大的扭矩峰值。出现较大的扭矩峰值。出现较大的扭矩峰值。Contents图9一3连续驱动摩擦图9一4惯性摩擦焊 惯性摩139.3 摩擦焊接过程分析摩擦焊接过程分析 这里我们主要讨论应用最广泛的结构钢这里我们主要讨论应用最广泛的结构钢连续驱动摩擦焊的焊接过程及其热源特点。连续驱动摩擦焊的焊接过程及其热源特点。9.3 摩擦焊接过程分析 这里我们主要讨14 摩擦焊接过程，是焊接外表金属在一定的空间和时间摩擦焊接过程，是焊接外表金属在一定的空间和时间摩擦焊接过程，是焊接外表金属在一定的空间和时间摩擦焊接过程，是焊接外表金属在一定的空间和时间内，金属状态和性能发生变化的过程。连续驱动摩擦焊特内，金属状态和性能发生变化的过程。连续驱动摩擦焊特内，金属状态和性能发生变化的过程。连续驱动摩擦焊特内，金属状态和性能发生变化的过程。连续驱动摩擦焊特性曲线如图性曲线如图性曲线如图性曲线如图9 9一一一一3 3，摩擦焊接过程的一个周期，可分成摩，摩擦焊接过程的一个周期，可分成摩，摩擦焊接过程的一个周期，可分成摩，摩擦焊接过程的一个周期，可分成摩擦加热过程和顶锻焊接过程两局部。擦加热过程和顶锻焊接过程两局部。擦加热过程和顶锻焊接过程两局部。擦加热过程和顶锻焊接过程两局部。(1)(1)摩擦开始时摩擦开始时摩擦开始时摩擦开始时,由于工件摩擦焊接外表不平由于工件摩擦焊接外表不平由于工件摩擦焊接外表不平由于工件摩擦焊接外表不平,以及存以及存以及存以及存在氧化膜、油锈、灰尘和吸附气体使得摩擦系数很大，随在氧化膜、油锈、灰尘和吸附气体使得摩擦系数很大，随在氧化膜、油锈、灰尘和吸附气体使得摩擦系数很大，随在氧化膜、油锈、灰尘和吸附气体使得摩擦系数很大，随着摩擦压力逐渐增大着摩擦压力逐渐增大着摩擦压力逐渐增大着摩擦压力逐渐增大,摩擦加热功率慢慢增加摩擦加热功率慢慢增加摩擦加热功率慢慢增加摩擦加热功率慢慢增加,使凹凸不平使凹凸不平使凹凸不平使凹凸不平的表迅速产生塑性变形和机械挖掘现象。塑性变形破坏了的表迅速产生塑性变形和机械挖掘现象。塑性变形破坏了的表迅速产生塑性变形和机械挖掘现象。塑性变形破坏了的表迅速产生塑性变形和机械挖掘现象。塑性变形破坏了摩擦外表金属晶粒摩擦外表金属晶粒摩擦外表金属晶粒摩擦外表金属晶粒,成为一个晶细小的变形层。沿变形层成为一个晶细小的变形层。沿变形层成为一个晶细小的变形层。沿变形层成为一个晶细小的变形层。沿变形层附近的母材也顺摩擦方向产生塑性变形。金属相互压人局附近的母材也顺摩擦方向产生塑性变形。金属相互压人局附近的母材也顺摩擦方向产生塑性变形。金属相互压人局附近的母材也顺摩擦方向产生塑性变形。金属相互压人局部挖掘部挖掘部挖掘部挖掘,使摩擦外表出现同心圆痕迹使摩擦外表出现同心圆痕迹使摩擦外表出现同心圆痕迹使摩擦外表出现同心圆痕迹,这样又增大了塑性变这样又增大了塑性变这样又增大了塑性变这样又增大了塑性变形。形。形。形。焊接过程焊接过程焊接过程焊接过程 摩擦焊接过程，是焊接外表金属在一定的空间和15 (2)(2)摩擦压力增大，摩擦破坏了焊接金属外表，使纯摩擦压力增大，摩擦破坏了焊接金属外表，使纯摩擦压力增大，摩擦破坏了焊接金属外表，使纯摩擦压力增大，摩擦破坏了焊接金属外表，使纯洁的金属接触，接触面积也增大，而焊接外表温度的升高，洁的金属接触，接触面积也增大，而焊接外表温度的升高，洁的金属接触，接触面积也增大，而焊接外表温度的升高，洁的金属接触，接触面积也增大，而焊接外表温度的升高，使金属的强度有所下降，塑性和韧性却有很大提高，这些使金属的强度有所下降，塑性和韧性却有很大提高，这些使金属的强度有所下降，塑性和韧性却有很大提高，这些使金属的强度有所下降，塑性和韧性却有很大提高，这些因素都使摩擦系数增大，摩擦加热功率迅速提高，扭矩也因素都使摩擦系数增大，摩擦加热功率迅速提高，扭矩也因素都使摩擦系数增大，摩擦加热功率迅速提高，扭矩也因素都使摩擦系数增大，摩擦加热功率迅速提高，扭矩也出现一个峰值。出现一个峰值。出现一个峰值。出现一个峰值。焊接外表温度继续升高时，金属的塑性增高，但强焊接外表温度继续升高时，金属的塑性增高，但强焊接外表温度继续升高时，金属的塑性增高，但强焊接外表温度继续升高时，金属的塑性增高，但强度和韧性都显著下降，摩擦加热功率也迅速降低到稳定值。度和韧性都显著下降，摩擦加热功率也迅速降低到稳定值。度和韧性都显著下降，摩擦加热功率也迅速降低到稳定值。度和韧性都显著下降，摩擦加热功率也迅速降低到稳定值。这一过程中，摩擦外表的机械挖掘现象减少，振动降低，这一过程中，摩擦外表的机械挖掘现象减少，振动降低，这一过程中，摩擦外表的机械挖掘现象减少，振动降低，这一过程中，摩擦外表的机械挖掘现象减少，振动降低，外表逐渐平整，开始产生金属的粘结现象。高温塑性状态外表逐渐平整，开始产生金属的粘结现象。高温塑性状态外表逐渐平整，开始产生金属的粘结现象。高温塑性状态外表逐渐平整，开始产生金属的粘结现象。高温塑性状态的金属颗粒互相焊合后，又被工件旋转的扭力矩剪断，并的金属颗粒互相焊合后，又被工件旋转的扭力矩剪断，并的金属颗粒互相焊合后，又被工件旋转的扭力矩剪断，并的金属颗粒互相焊合后，又被工件旋转的扭力矩剪断，并彼此过渡。彼此过渡。彼此过渡。彼此过渡。(2)摩擦压力增大，摩擦破坏了焊接金属外16 (3)(3)摩擦功率或扭矩稳定后，摩擦外表的温度继续升高，摩擦功率或扭矩稳定后，摩擦外表的温度继续升高，摩擦功率或扭矩稳定后，摩擦外表的温度继续升高，摩擦功率或扭矩稳定后，摩擦外表的温度继续升高，这时金属的粘结现象减少，分子作用现象增强。此时金属强度这时金属的粘结现象减少，分子作用现象增强。此时金属强度这时金属的粘结现象减少，分子作用现象增强。此时金属强度这时金属的粘结现象减少，分子作用现象增强。此时金属强度极低，塑性很大，摩擦外表似乎被一层液体金属所润滑，摩擦极低，塑性很大，摩擦外表似乎被一层液体金属所润滑，摩擦极低，塑性很大，摩擦外表似乎被一层液体金属所润滑，摩擦极低，塑性很大，摩擦外表似乎被一层液体金属所润滑，摩擦系数很小，各工艺参数的变化也趋于稳定，只有摩擦变形量不系数很小，各工艺参数的变化也趋于稳定，只有摩擦变形量不系数很小，各工艺参数的变化也趋于稳定，只有摩擦变形量不系数很小，各工艺参数的变化也趋于稳定，只有摩擦变形量不断增大，飞边增大，接头的热影响区增宽。断增大，飞边增大，接头的热影响区增宽。断增大，飞边增大，接头的热影响区增宽。断增大，飞边增大，接头的热影响区增宽。(4)(4)主轴和工件开始停车减速后，随着轴向压力增大，转主轴和工件开始停车减速后，随着轴向压力增大，转主轴和工件开始停车减速后，随着轴向压力增大，转主轴和工件开始停车减速后，随着轴向压力增大，转速降低，摩擦扭矩增大，再次出现峰值，称为后峰值扭矩。同速降低，摩擦扭矩增大，再次出现峰值，称为后峰值扭矩。同速降低，摩擦扭矩增大，再次出现峰值，称为后峰值扭矩。同速降低，摩擦扭矩增大，再次出现峰值，称为后峰值扭矩。同时接头中的高温金属被大量挤出，变形量也增大。制动阶段是时接头中的高温金属被大量挤出，变形量也增大。制动阶段是时接头中的高温金属被大量挤出，变形量也增大。制动阶段是时接头中的高温金属被大量挤出，变形量也增大。制动阶段是摩擦加热过程和顶锻焊接过程的过渡阶段，具有双重特点。摩擦加热过程和顶锻焊接过程的过渡阶段，具有双重特点。摩擦加热过程和顶锻焊接过程的过渡阶段，具有双重特点。摩擦加热过程和顶锻焊接过程的过渡阶段，具有双重特点。主轴停止旋转后，顶锻力仍要维持一段时间，直至接头温主轴停止旋转后，顶锻力仍要维持一段时间，直至接头温主轴停止旋转后，顶锻力仍要维持一段时间，直至接头温主轴停止旋转后，顶锻力仍要维持一段时间，直至接头温度冷却到规定值为止。度冷却到规定值为止。度冷却到规定值为止。度冷却到规定值为止。(3)摩擦功率或扭矩稳定后，摩擦外表的温17 总之，在摩擦焊接过程中，金属摩擦外表从低温到高总之，在摩擦焊接过程中，金属摩擦外表从低温到高总之，在摩擦焊接过程中，金属摩擦外表从低温到高总之，在摩擦焊接过程中，金属摩擦外表从低温到高温变化，而外表的塑性变形、机械挖掘、粘结和分子作用温变化，而外表的塑性变形、机械挖掘、粘结和分子作用温变化，而外表的塑性变形、机械挖掘、粘结和分子作用温变化，而外表的塑性变形、机械挖掘、粘结和分子作用四种摩擦现象连续发生。四种摩擦现象连续发生。四种摩擦现象连续发生。四种摩擦现象连续发生。在整个摩擦加热过程中，摩擦外表上都存在着一个高在整个摩擦加热过程中，摩擦外表上都存在着一个高在整个摩擦加热过程中，摩擦外表上都存在着一个高在整个摩擦加热过程中，摩擦外表上都存在着一个高速摩擦塑性变形层。摩擦焊的发热、变形和扩散现象主要速摩擦塑性变形层。摩擦焊的发热、变形和扩散现象主要速摩擦塑性变形层。摩擦焊的发热、变形和扩散现象主要速摩擦塑性变形层。摩擦焊的发热、变形和扩散现象主要都集中在变形层中，稳定摩擦时变形层金属在摩擦扭矩和都集中在变形层中，稳定摩擦时变形层金属在摩擦扭矩和都集中在变形层中，稳定摩擦时变形层金属在摩擦扭矩和都集中在变形层中，稳定摩擦时变形层金属在摩擦扭矩和轴向压力的作用下，从摩擦外表挤出形成飞边，同时又被轴向压力的作用下，从摩擦外表挤出形成飞边，同时又被轴向压力的作用下，从摩擦外表挤出形成飞边，同时又被轴向压力的作用下，从摩擦外表挤出形成飞边，同时又被附近高温区的金属所补充，始终处于动平衡状态。附近高温区的金属所补充，始终处于动平衡状态。附近高温区的金属所补充，始终处于动平衡状态。附近高温区的金属所补充，始终处于动平衡状态。在制动和顶锻焊接过程中，摩擦外表的变形层和高温在制动和顶锻焊接过程中，摩擦外表的变形层和高温在制动和顶锻焊接过程中，摩擦外表的变形层和高温在制动和顶锻焊接过程中，摩擦外表的变形层和高温区金属被局部挤碎排出，焊缝金属经受锻造，形成了质量区金属被局部挤碎排出，焊缝金属经受锻造，形成了质量区金属被局部挤碎排出，焊缝金属经受锻造，形成了质量区金属被局部挤碎排出，焊缝金属经受锻造，形成了质量良好的焊接接头。良好的焊接接头。良好的焊接接头。良好的焊接接头。总之，在摩擦焊接过程中，金属摩擦外表从低温18 摩擦焊的热源就是金属摩擦焊接外表上的高速摩擦摩擦焊的热源就是金属摩擦焊接外表上的高速摩擦摩擦焊的热源就是金属摩擦焊接外表上的高速摩擦摩擦焊的热源就是金属摩擦焊接外表上的高速摩擦塑性变形层。它是以两工件摩擦外表为中心的金属质点，塑性变形层。它是以两工件摩擦外表为中心的金属质点，塑性变形层。它是以两工件摩擦外表为中心的金属质点，塑性变形层。它是以两工件摩擦外表为中心的金属质点，在摩擦压力和摩擦扭矩的作用下，沿工件径向与切向力的在摩擦压力和摩擦扭矩的作用下，沿工件径向与切向力的在摩擦压力和摩擦扭矩的作用下，沿工件径向与切向力的在摩擦压力和摩擦扭矩的作用下，沿工件径向与切向力的合成方向做相对高速摩擦运动的塑性变形层。这个变形层合成方向做相对高速摩擦运动的塑性变形层。这个变形层合成方向做相对高速摩擦运动的塑性变形层。这个变形层合成方向做相对高速摩擦运动的塑性变形层。这个变形层是把摩擦的机械功率转变成热能的发热层。由于它的温度是把摩擦的机械功率转变成热能的发热层。由于它的温度是把摩擦的机械功率转变成热能的发热层。由于它的温度是把摩擦的机械功率转变成热能的发热层。由于它的温度最高，能量集中，又产生在金属的焊接外表，所以加热效最高，能量集中，又产生在金属的焊接外表，所以加热效最高，能量集中，又产生在金属的焊接外表，所以加热效最高，能量集中，又产生在金属的焊接外表，所以加热效率很高。作为一个焊接热源，主要参数是功率和温度。率很高。作为一个焊接热源，主要参数是功率和温度。率很高。作为一个焊接热源，主要参数是功率和温度。率很高。作为一个焊接热源，主要参数是功率和温度。摩擦焊热源的特点摩擦焊热源的特点摩擦焊热源的特点19 摩擦焊热源的功率和温度不仅取决于焊接工艺标准摩擦焊热源的功率和温度不仅取决于焊接工艺标准摩擦焊热源的功率和温度不仅取决于焊接工艺标准摩擦焊热源的功率和温度不仅取决于焊接工艺标准参数，还受到焊接工件材料、形状、尺寸和焊接外表准备参数，还受到焊接工件材料、形状、尺寸和焊接外表准备参数，还受到焊接工件材料、形状、尺寸和焊接外表准备参数，还受到焊接工件材料、形状、尺寸和焊接外表准备情况的影响。摩擦焊热源的最高温度接近或等于焊接金属情况的影响。摩擦焊热源的最高温度接近或等于焊接金属情况的影响。摩擦焊热源的最高温度接近或等于焊接金属情况的影响。摩擦焊热源的最高温度接近或等于焊接金属的熔点。的熔点。的熔点。的熔点。异种金属摩擦焊时，热源温度不超过低熔点金属的熔异种金属摩擦焊时，热源温度不超过低熔点金属的熔异种金属摩擦焊时，热源温度不超过低熔点金属的熔异种金属摩擦焊时，热源温度不超过低熔点金属的熔点，这对保证焊接质量和提高焊接过程的稳定性起了很大点，这对保证焊接质量和提高焊接过程的稳定性起了很大点，这对保证焊接质量和提高焊接过程的稳定性起了很大点，这对保证焊接质量和提高焊接过程的稳定性起了很大作用。不同材料和直径的工件，在不同转速和摩擦压力下作用。不同材料和直径的工件，在不同转速和摩擦压力下作用。不同材料和直径的工件，在不同转速和摩擦压力下作用。不同材料和直径的工件，在不同转速和摩擦压力下焊接时，摩擦焊接外表的稳定温度列于表焊接时，摩擦焊接外表的稳定温度列于表焊接时，摩擦焊接外表的稳定温度列于表焊接时，摩擦焊接外表的稳定温度列于表9.19.1。摩擦焊热源的功率和温度不仅取决于焊接工艺20 金属焊接外表的摩擦不仅产生热量，面且还能破坏金属焊接外表的摩擦不仅产生热量，面且还能破坏金属焊接外表的摩擦不仅产生热量，面且还能破坏金属焊接外表的摩擦不仅产生热量，面且还能破坏和去除外表的氧化膜。变形层金属的封闭、挤出和不断被和去除外表的氧化膜。变形层金属的封闭、挤出和不断被和去除外表的氧化膜。变形层金属的封闭、挤出和不断被和去除外表的氧化膜。变形层金属的封闭、挤出和不断被高温区金属更新高温区金属更新高温区金属更新高温区金属更新,可以防止焊口金属的继续氧化。顶锻焊可以防止焊口金属的继续氧化。顶锻焊可以防止焊口金属的继续氧化。顶锻焊可以防止焊口金属的继续氧化。顶锻焊接后接后接后接后,局部变形层金属像填料一样留在接头中会影响焊接局部变形层金属像填料一样留在接头中会影响焊接局部变形层金属像填料一样留在接头中会影响焊接局部变形层金属像填料一样留在接头中会影响焊接质量。质量。质量。质量。Contents 金属焊接外表的摩擦不仅产生热量，面且还能破21 9.4 摩擦焊标准参数摩擦焊标准参数连续驱动摩擦焊工艺参数连续驱动摩擦焊工艺参数连续驱动摩擦焊工艺参数连续驱动摩擦焊工艺参数 连续驱动摩擦焊主要工艺参数有连续驱动摩擦焊主要工艺参数有连续驱动摩擦焊主要工艺参数有连续驱动摩擦焊主要工艺参数有转速转速转速转速、摩擦压力摩擦压力摩擦压力摩擦压力、摩摩摩摩擦时间擦时间擦时间擦时间、停车时间停车时间停车时间停车时间和和和和顶锻时间顶锻时间顶锻时间顶锻时间以及以及以及以及顶锻压力顶锻压力顶锻压力顶锻压力和和和和顶锻变形量顶锻变形量顶锻变形量顶锻变形量等。这些参数取决于工件的横截面积、金属的熔点和导热等。这些参数取决于工件的横截面积、金属的熔点和导热等。这些参数取决于工件的横截面积、金属的熔点和导热等。这些参数取决于工件的横截面积、金属的熔点和导热系数、热循环过程中冶金性能的变化系数、热循环过程中冶金性能的变化系数、热循环过程中冶金性能的变化系数、热循环过程中冶金性能的变化(特别是在异种金属特别是在异种金属特别是在异种金属特别是在异种金属焊接时焊接时焊接时焊接时)等因素。一下对各种工艺参数进行详细说明。等因素。一下对各种工艺参数进行详细说明。等因素。一下对各种工艺参数进行详细说明。等因素。一下对各种工艺参数进行详细说明。9.4 摩擦焊标准参数连续驱动摩擦焊工艺参数22摩擦焊接过程的加热来源于摩擦能，其加热功率为摩擦焊接过程的加热来源于摩擦能，其加热功率为摩擦焊接过程的加热来源于摩擦能，其加热功率为摩擦焊接过程的加热来源于摩擦能，其加热功率为式中式中式中式中 ,R R 焊件的工作半径焊件的工作半径焊件的工作半径焊件的工作半径(mm);(mm);n n 主轴转速主轴转速主轴转速主轴转速(r/min);(r/min);P P摩擦压力摩擦压力摩擦压力摩擦压力(MPa);(MPa);摩擦系数，其值在摩擦过程中是变化的，数值在摩擦系数，其值在摩擦过程中是变化的，数值在摩擦系数，其值在摩擦过程中是变化的，数值在摩擦系数，其值在摩擦过程中是变化的，数值在0.20.22 2 之间之间之间之间;K Kf f，常数。常数。常数。常数。由上式可见由上式可见由上式可见由上式可见:(l)(l)焊件直径越大，所需的摩擦加热功率也越人。焊件直径越大，所需的摩擦加热功率也越人。焊件直径越大，所需的摩擦加热功率也越人。焊件直径越大，所需的摩擦加热功率也越人。(2)(2)焊件直径确定时，所需摩擦加热功率将取决于主轴转速和摩擦焊件直径确定时，所需摩擦加热功率将取决于主轴转速和摩擦焊件直径确定时，所需摩擦加热功率将取决于主轴转速和摩擦焊件直径确定时，所需摩擦加热功率将取决于主轴转速和摩擦压力。压力。压力。压力。1.1.转速和摩擦压力转速和摩擦压力转速和摩擦压力转速和摩擦压力摩擦焊接过程的加热来源于摩擦能，其加热功率为式中,R 23 在在在在P P、n n 确定的前提下，确定的前提下，确定的前提下，确定的前提下，适当的摩擦时间是获得结合适当的摩擦时间是获得结合适当的摩擦时间是获得结合适当的摩擦时间是获得结合面均匀加热温度和恰当变形面均匀加热温度和恰当变形面均匀加热温度和恰当变形面均匀加热温度和恰当变形量的条件，这时接头区沿轴量的条件，这时接头区沿轴量的条件，这时接头区沿轴量的条件，这时接头区沿轴向有一层恰当厚度的变形层向有一层恰当厚度的变形层向有一层恰当厚度的变形层向有一层恰当厚度的变形层及高温区，但飞边较小，而及高温区，但飞边较小，而及高温区，但飞边较小，而及高温区，但飞边较小，而在随后的顶锻阶段能产生足在随后的顶锻阶段能产生足在随后的顶锻阶段能产生足在随后的顶锻阶段能产生足够大的轴向变形量，变形层够大的轴向变形量，变形层够大的轴向变形量，变形层够大的轴向变形量，变形层沿结合面径向有足够扩展，沿结合面径向有足够扩展，沿结合面径向有足够扩展，沿结合面径向有足够扩展，形成粗大、不对称封闭圆滑形成粗大、不对称封闭圆滑形成粗大、不对称封闭圆滑形成粗大、不对称封闭圆滑的飞边，如图的飞边，如图的飞边，如图的飞边，如图9-59-5a a所所所所示。示。示。示。图图图图9 9一一一一5 5主轴转速高时产生的不良影响主轴转速高时产生的不良影响主轴转速高时产生的不良影响主轴转速高时产生的不良影响(a)(a)n n=1000 r/min;(b=1000 r/min;(b)n)n=2000r/min=2000r/min (c)(c)n n=4000r/min=4000r/min 2.2.摩擦时间摩擦时间摩擦时间摩擦时间 在P、n 确定的前提下，适当的摩擦时间是获得24 对于同一个焊件短，只需几秒钟对于同一个焊件短，只需几秒钟对于同一个焊件短，只需几秒钟对于同一个焊件短，只需几秒钟;而当而当而当而当n n、p p、t t 的参的参的参的参数条件不是惟一的。当数条件不是惟一的。当数条件不是惟一的。当数条件不是惟一的。当n n 较低、较低、较低、较低、p p较大，较大，较大，较大，t t可以较短，只需可以较短，只需可以较短，只需可以较短，只需几秒钟时间；当几秒钟时间；当几秒钟时间；当几秒钟时间；当n n 较高、较高、较高、较高、p p较小，较小，较小，较小，t t 将较长，例如可达将较长，例如可达将较长，例如可达将较长，例如可达40s40s显然对于小焊件宜尽可能采用短时间参数，大端面焊显然对于小焊件宜尽可能采用短时间参数，大端面焊显然对于小焊件宜尽可能采用短时间参数，大端面焊显然对于小焊件宜尽可能采用短时间参数，大端面焊件那么只可用弱参数。此外，不同材质的焊件，件那么只可用弱参数。此外，不同材质的焊件，件那么只可用弱参数。此外，不同材质的焊件，件那么只可用弱参数。此外，不同材质的焊件，t t的匹配的匹配的匹配的匹配条件也不一样，例如高合金钢摩擦焊，摩擦压力和时间都条件也不一样，例如高合金钢摩擦焊，摩擦压力和时间都条件也不一样，例如高合金钢摩擦焊，摩擦压力和时间都条件也不一样，例如高合金钢摩擦焊，摩擦压力和时间都应增加。应增加。应增加。应增加。3.3.停车时间及顶断延时停车时间及顶断延时停车时间及顶断延时停车时间及顶断延时 一般应在制动停车一般应在制动停车一般应在制动停车一般应在制动停车0.10.11s1s后进行顶锻，其间转速降后进行顶锻，其间转速降后进行顶锻，其间转速降后进行顶锻，其间转速降低，摩擦阻力和摩擦扭矩增大，轴向缩短速度也增大。调低，摩擦阻力和摩擦扭矩增大，轴向缩短速度也增大。调低，摩擦阻力和摩擦扭矩增大，轴向缩短速度也增大。调低，摩擦阻力和摩擦扭矩增大，轴向缩短速度也增大。调节顶锻延时那么可以调整后峰值扭矩及变形层厚度。节顶锻延时那么可以调整后峰值扭矩及变形层厚度。节顶锻延时那么可以调整后峰值扭矩及变形层厚度。节顶锻延时那么可以调整后峰值扭矩及变形层厚度。对于同一个焊件短，只需几秒钟;而当n、p、254.4.顶锻压力及顶锻变形量顶锻压力及顶锻变形量顶锻压力及顶锻变形量顶锻压力及顶锻变形量 顶锻是为了挤碎和挤出变形层中氧化了的金属和其它顶锻是为了挤碎和挤出变形层中氧化了的金属和其它顶锻是为了挤碎和挤出变形层中氧化了的金属和其它顶锻是为了挤碎和挤出变形层中氧化了的金属和其它有害杂质，并使接头区金属得到锻压、结合紧密、晶粒细有害杂质，并使接头区金属得到锻压、结合紧密、晶粒细有害杂质，并使接头区金属得到锻压、结合紧密、晶粒细有害杂质，并使接头区金属得到锻压、结合紧密、晶粒细化、性能提高。顶锻变形量是锻压程度的主要标志。化、性能提高。顶锻变形量是锻压程度的主要标志。化、性能提高。顶锻变形量是锻压程度的主要标志。化、性能提高。顶锻变形量是锻压程度的主要标志。顶锻力大小取决于焊件材质、温度及变形层厚度，也顶锻力大小取决于焊件材质、温度及变形层厚度，也顶锻力大小取决于焊件材质、温度及变形层厚度，也顶锻力大小取决于焊件材质、温度及变形层厚度，也跟摩擦压力有关。材质高温强度高、接头区温度低或变形跟摩擦压力有关。材质高温强度高、接头区温度低或变形跟摩擦压力有关。材质高温强度高、接头区温度低或变形跟摩擦压力有关。材质高温强度高、接头区温度低或变形层较薄时，顶锻压力应取大一些，其范围为层较薄时，顶锻压力应取大一些，其范围为层较薄时，顶锻压力应取大一些，其范围为层较薄时，顶锻压力应取大一些，其范围为100100200MPa200MPa。一般顶锻压力宜为摩擦压力的。一般顶锻压力宜为摩擦压力的。一般顶锻压力宜为摩擦压力的。一般顶锻压力宜为摩擦压力的2 23 3倍倍倍倍,顶锻量顶锻量顶锻量顶锻量为为为为1 16mm,6mm,顶锻速度宜为顶锻速度宜为顶锻速度宜为顶锻速度宜为10104040mm/hmm/h 。4.顶锻压力及顶锻变形量26 主要有三项参数主要有三项参数主要有三项参数主要有三项参数:飞轮转动惯量、飞轮初速、轴向压力。飞轮转动惯量、飞轮初速、轴向压力。飞轮转动惯量、飞轮初速、轴向压力。飞轮转动惯量、飞轮初速、轴向压力。前两项参数决定焊接的总能量，压力的大小一般取决于被前两项参数决定焊接的总能量，压力的大小一般取决于被前两项参数决定焊接的总能量，压力的大小一般取决于被前两项参数决定焊接的总能量，压力的大小一般取决于被焊材质和焊接界面的面积。焊材质和焊接界面的面积。焊材质和焊接界面的面积。焊材质和焊接界面的面积。1.1.飞轮转动惯量飞轮转动惯量飞轮转动惯量飞轮转动惯量 飞轮转动惯量取决于飞轮的形状、直径、质量飞轮转动惯量取决于飞轮的形状、直径、质量飞轮转动惯量取决于飞轮的形状、直径、质量飞轮转动惯量取决于飞轮的形状、直径、质量(包括包括包括包括飞轮、卡爪、轴承和传动部件飞轮、卡爪、轴承和传动部件飞轮、卡爪、轴承和传动部件飞轮、卡爪、轴承和传动部件)。在焊接循环的任一瞬间，。在焊接循环的任一瞬间，。在焊接循环的任一瞬间，。在焊接循环的任一瞬间，其能量可由下式确定其能量可由下式确定其能量可由下式确定其能量可由下式确定 E=54.710-4 In2=54.7 10-4 E=54.710-4 In2=54.7 10-4 WR2n2 WR2n2 9-39-3 式中式中式中式中,E,E能量能量能量能量 j j；I I 惯性矩，惯性矩，惯性矩，惯性矩，I =WR 2 I =WR 2 kgm2kgm2;W W 飞轮系统的质量飞轮系统的质量飞轮系统的质量飞轮系统的质量(kg);R(kg);R回转半径回转半径回转半径回转半径(m);(m);n-n-瞬时转速瞬时转速瞬时转速瞬时转速(r min-1)(r min-1)。惯性摩擦焊工艺参数惯性摩擦焊工艺参数惯性摩擦焊工艺参数惯性摩擦焊工艺参数 主要有三项参数:飞轮转动惯量、飞轮初速、轴向压力。前两27 飞轮惯量大，产生的顶锻作用亦大。大的低速飞轮产飞轮惯量大，产生的顶锻作用亦大。大的低速飞轮产飞轮惯量大，产生的顶锻作用亦大。大的低速飞轮产飞轮惯量大，产生的顶锻作用亦大。大的低速飞轮产生的锻造量大于小的高速飞轮，尽管动能量是相同的。能生的锻造量大于小的高速飞轮，尽管动能量是相同的。能生的锻造量大于小的高速飞轮，尽管动能量是相同的。能生的锻造量大于小的高速飞轮，尽管动能量是相同的。能量的大小将明显影响飞边的尺寸和形状。在初始速度和轴量的大小将明显影响飞边的尺寸和形状。在初始速度和轴量的大小将明显影响飞边的尺寸和形状。在初始速度和轴量的大小将明显影响飞边的尺寸和形状。在初始速度和轴向压力一定时，增加飞轮惯量，焊接总能量增加，焊接时向压力一定时，增加飞轮惯量，焊接总能量增加，焊接时向压力一定时，增加飞轮惯量，焊接总能量增加，焊接时向压力一定时，增加飞轮惯量，焊接总能量增加，焊接时间增长，界面上热塑状态金属被挤出的量增加，焊接飞边间增长，界面上热塑状态金属被挤出的量增加，焊接飞边间增长，界面上热塑状态金属被挤出的量增加，焊接飞边间增长，界面上热塑状态金属被挤出的量增加，焊接飞边增大。增大。增大。增大。钢与钢焊接时，飞轮初速推荐的范围是钢与钢焊接时，飞轮初速推荐的范围是钢与钢焊接时，飞轮初速推荐的范围是钢与钢焊接时，飞轮初速推荐的范围是2.52.57.6m/s7.6m/s。如果速度太低，界面加热不匀，中心部位的热。如果速度太低，界面加热不匀，中心部位的热。如果速度太低，界面加热不匀，中心部位的热。如果速度太低，界面加热不匀，中心部位的热量将缺乏以使整个截面形成结合，毛刺粗糙不匀，飞边亦量将缺乏以使整个截面形成结合，毛刺粗糙不匀，飞边亦量将缺乏以使整个截面形成结合，毛刺粗糙不匀，飞边亦量将缺乏以使整个截面形成结合，毛刺粗糙不匀，飞边亦少。当初速高于少。当初速高于少。当初速高于少。当初速高于6m/s6m/s时，焊缝呈鼓形，中心处比外围厚。时，焊缝呈鼓形，中心处比外围厚。时，焊缝呈鼓形，中心处比外围厚。时，焊缝呈鼓形，中心处比外围厚。速度对塑性区的宽度影响较大，速度增加，焊缝及速度对塑性区的宽度影响较大，速度增加，焊缝及速度对塑性区的宽度影响较大，速度增加，焊缝及速度对塑性区的宽度影响较大，速度增加，焊缝及热影响区的宽度加大，接头的冷却速度变小，引起不同的热影响区的宽度加大，接头的冷却速度变小，引起不同的热影响区的宽度加大，接头的冷却速度变小，引起不同的热影响区的宽度加大，接头的冷却速度变小，引起不同的组织转变。组织转变。组织转变。组织转变。飞轮惯量大，产生的顶锻作用亦大。大的低速飞28 3.3.摩擦压力摩擦压力摩擦压力摩擦压力 摩擦压力控制着焊接周期时间，对焊接界面的能量输人有摩擦压力控制着焊接周期时间，对焊接界面的能量输人有摩擦压力控制着焊接周期时间，对焊接界面的能量输人有摩擦压力控制着焊接周期时间，对焊接界面的能量输人有直接影响。它的作用一般与速度变化的影响相反。轴向压直接影响。它的作用一般与速度变化的影响相反。轴向压直接影响。它的作用一般与速度变化的影响相反。轴向压直接影响。它的作用一般与速度变化的影响相反。轴向压力增大，界面相对运动功耗增大，界面热塑性金属挤出量力增大，界面相对运动功耗增大，界面热塑性金属挤出量力增大，界面相对运动功耗增大，界面热塑性金属挤出量力增大，界面相对运动功耗增大，界面热塑性金属挤出量增多，飞边量增多，焊接热影响区变窄。压力降低，热影增多，飞边量增多，焊接热影响区变窄。压力降低，热影增多，飞边量增多，焊接热影响区变窄。压力降低，热影增多，飞边量增多，焊接热影响区变窄。压力降低，热影响区增宽。压力过高会导致接头中心结合不良。响区增宽。压力过高会导致接头中心结合不良。响区增宽。压力过高会导致接头中心结合不良。响区增宽。压力过高会导致接头中心结合不良。Contents 3.摩擦压力Contents29 9.5 摩擦焊接头的缺陷及检测摩擦焊接头的缺陷及检测摩擦焊接头中的缺陷摩擦焊接头中的缺陷摩擦焊接头中的缺陷摩擦焊接头中的缺陷 摩擦焊是固相连接，接头中不会出现与熔化、摩擦焊是固相连接，接头中不会出现与熔化、摩擦焊是固相连接，接头中不会出现与熔化、摩擦焊是固相连接，接头中不会出现与熔化、凝固有关的缺陷，但当材料焊接性差、焊接参数凝固有关的缺陷，但当材料焊接性差、焊接参数凝固有关的缺陷，但当材料焊接性差、焊接参数凝固有关的缺陷，但当材料焊接性差、焊接参数不当或外表清理不好时，在摩擦焊连接界面上也不当或外表清理不好时，在摩擦焊连接界面上也不当或外表清理不好时，在摩擦焊连接界面上也不当或外表清理不好时，在摩擦焊连接界面上也会出现一些会出现一些会出现一些会出现一些“非理想结合的缺陷，如非理想结合的缺陷，如非理想结合的缺陷，如非理想结合的缺陷，如“灰斑、灰斑、灰斑、灰斑、裂纹、未焊合、夹杂、金属问化合物、错叠等，裂纹、未焊合、夹杂、金属问化合物、错叠等，裂纹、未焊合、夹杂、金属问化合物、错叠等，裂纹、未焊合、夹杂、金属问化合物、错叠等，这些缺陷一般具有二维、平面、弥散分布的特征。这些缺陷一般具有二维、平面、弥散分布的特征。这些缺陷一般具有二维、平面、弥散分布的特征。这些缺陷一般具有二维、平面、弥散分布的特征。9.5 摩擦焊接头的缺陷及检测摩擦焊接头中的缺陷30连续驱动摩擦焊特性曲线如图9一3，摩擦焊接过程的一个周期，可分成摩擦加热过程和顶锻焊接过程两局部。常用的摩擦焊工艺有连续驱动摩擦焊、惯性摩擦焊、线性摩擦焊、搅拌摩擦焊等。总之，在摩擦焊接过程中，金属摩擦外表从低温到高温变化，而外表的塑性变形、机械挖掘、粘结和分子作用四种摩擦现象连续发生。摩擦焊接过程，是焊接外表金属在一定的空间和时间内，金属状态和性能发生变化的过程。搅拌摩擦焊目前不仅限于对各类铝合金的焊接，也开发应用于钢和钛合金，单面可焊厚度从2mm到25mm,双面焊的厚度可达50mm用常规熔焊方法不能焊接的2xxx系列铝合金，采用搅拌摩擦焊可以使其焊接性能大为改善。主要有三项参数:飞轮转动惯量、飞轮初速、轴向压力。两工件相接触，焊接过程开始。搅拌摩擦焊是英国焊接研究所推出的一项专利技术，其原理见图9一2。在焊接循环的任一瞬间，其能量可由下式确定主要有三项参数:飞轮转动惯量、飞轮初速、轴向压力。一般顶锻压力宜为摩擦压力的23倍,顶锻量为16mm,顶锻速度宜为1040mm/h。一种铝合金搅拌摩擦焊头的强度高15%20%，伸长率高1倍，断裂韧度高30%，接头区为细晶组织，焊缝中无气孔、裂纹等缺陷;此外，焊件焊后剩余变形很小，焊缝中的剩余应力很低。摩擦焊接头的缺陷及检测 1.“1.“灰斑缺陷灰斑缺陷灰斑缺陷灰斑缺陷 “灰斑是一种焊接缺陷在断口上的表现形式，它在灰斑是一种焊接缺陷在断口上的表现形式，它在灰斑是一种焊接缺陷在断口上的表现形式，它在灰斑是一种焊接缺陷在断口上的表现形式，它在断口上一般表现为暗灰色平斑状，无金属光泽，一般为近断口上一般表现为暗灰色平斑状，无金属光泽，一般为近断口上一般表现为暗灰色平斑状，无金属光泽，一般为近断口上一般表现为暗灰色平斑状，无金属光泽，一般为近似圆形、椭圆形或长条形，与周围金属有明显的分界，无似圆形、椭圆形或长条形，与周围金属有明显的分界，无似圆形、椭圆形或长条形，与周围金属有明显的分界，无似圆形、椭圆形或长条形，与周围金属有明显的分界，无显著塑性变形，具有明显的沿焊缝断裂的特征。微观上看，显著塑性变形，具有明显的沿焊缝断裂的特征。微观上看，显著塑性变形，具有明显的沿焊缝断裂的特征。微观上看，显著塑性变形，具有明显的沿焊缝断裂的特征。微观上看，“灰斑是由焊合区破碎或未破碎的夹杂物与基体金属的灰斑是由焊合区破碎或未破碎的夹杂物与基体金属的灰斑是由焊合区破碎或未破碎的夹杂物与基体金属的灰斑是由焊合区破碎或未破碎的夹杂物与基体金属的界面为空穴形成核心，在外力作用下不断扩展，最终聚合界面为空穴形成核心，在外力作用下不断扩展，最终聚合
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