摩擦焊接工藝如何編制

1. 摩擦焊的應用

摩擦焊接以其優質、高效、節能、無污染的技術特色，在航空、航天、核能、兵器、汽車、電力、海洋開發、機械製造等高新技術和傳統產業部門得到了愈來愈廣泛的應用。下面以摩擦焊接在航空航天工業與汽車工業中的應用舉例說明。(1)航空航天工業隨著現代高性能軍用航空發動機的不斷更新，其主要性能指標——推重比亦不斷提高。同時對發動機的結構設計、材料及製造工藝均提出了更高的要求。從70年代起，以美國GE公司為代表，在軍用航空發動機轉子部件（盤+盤、盤+軸）製造中，率先成功地採用了慣性摩擦焊接技術。GE公司生產的TF39航空發動機的16級壓氣機盤；CMF56航空發動機的1-2級，4-9級，以及壓氣機軸；F101航空發動機的1-3級盤與鼓及前軸頸，5-9級盤與鼓及後軸頸等均採用了摩擦焊接工藝，有的還採用了粉末冶金—等溫鍛造—摩擦焊接組合工藝。API(Udimet700、Astroloy)、In100和René95及In718之類的粉末高溫合金盤已成功地採用了慣性摩擦焊接，其焊接接頭性能可達到母材的水平。美國Textron Lycoming公司生產的新型大功率T55渦輪噴氣發動機的前盤與前軸、後軸的連接都是採用盤+軸一體的摩擦焊接結構。P&W公司將摩擦焊接列為80年代發動機製造中的五項重大焊接技術之一；德國MTU公司正在開展高壓壓氣機轉子等大型部件的摩擦焊接技術研究；法國海豚發動機也將摩擦焊接推廣應用於減速器錐形齒輪的焊接，等等。國外一些先進的航空發動機製造公司已將摩擦焊接作為焊接高推重比航空發動機轉子部件的主導的、典型的和標準的工藝方法。普遍認為摩擦焊是可靠、再現性好和可信賴的焊接技術。在飛機製造中，摩擦焊接也展現了新的應用前景。AISI4340超高強度鋼因其具有高的缺口敏感性和焊接脆化傾向，當用來製造飛機起落架時，國外規定不允許採用熔化焊接方法施焊，已成功地進行了4340管與4030鍛件起落架、拉桿的摩擦焊接。此外，直升飛機旋翼主傳動軸的NitralloyN合金齒輪與18%高鎳合金鋼管軸的焊接、雙金屬飛機鉚釘、飛機鉤頭螺栓等均採用了摩擦焊接，這表明摩擦焊接技術已滲透到了飛機重要承力構件的焊接領域。某太空梭三部發動機上1800個高溫合金噴射器柱全部是由摩擦焊接方法焊接到發動機上的。(2)汽車工業國外在汽車零配件規模化生產中，摩擦焊接技術佔有較重要的地位。據不完全統計，美國、德國、日本等工業發達國家的一些著名汽車製造公司，已有百餘種汽車零配件採用了摩擦焊接技術。 國內外在發動機雙金屬排氣閥生產中廣泛採用了摩擦焊接技術將NiCr20TiAl（Nimonic 80)、5Cr21Mn9Ni4(21-4N)、4Cr14Ni14W2Mo之類的高溫合金或奧氏體型耐熱鋼盤部與4Cr9Si2、4Cr10Si2Mo之類的馬氏體型不銹耐熱鋼桿部連接起來形成整體排氣閥，特別適合於空心閥的製造。採用鍛焊復合結構取代整體鍛造生產汽車半軸在國外已得到廣泛應用。另外，汽車及工程機械上風扇軸支座組件、空心後軸、前懸架、自動變速器輸出軸、無變形飛輪齒圈、發電機支座、粘性傳動風扇聯軸節、起動機小齒輪組件、速度選擇軸、變扭器蓋、汽車液壓千斤頂、轉向節、司機側氣囊充氣器、萬向節組件、凸輪軸、水泵轂和軸、直接離合器鼓和轂組件、後橋殼管、傾斜轉向軸、叉、冷卻風扇電機殼體和軸、等速萬向節、連軸齒輪、變扭器蓋、傳動軸、叉、渦輪傳動軸、中央軸、渦輪增壓器、乘客側氣囊充氣器、 汽車用扁尾套筒扳手、後懸架臂、空調機蓄壓器等的製造過程中均可利用摩擦焊接工藝簡化製造工藝和降低生產成本。

2. 焊接技術有哪些

焊接技術可分為三個方面：，
1、焊接工裝；為了順利實施焊接工藝，給出焊件在生產中的工裝工藝，簡單的說就是怎麼樣組裝焊件，用什麼設備，方案，將工件固定，組裝，以便於焊接工藝的更好實施。
2、焊接工藝；包括焊前的一些准備（坡口，清理，預熱，焊接材料的選用等），焊後的一些處理辦法（清理飛濺，打磨，後熱，焊後熱處理，焊工標記，以及進行下一個環節的手續等），焊接參數（電流，電壓，焊接速度），焊接順序說明，層道布置等，
3、焊接檢驗；根據標准要求，給出不同結構的檢驗標准，比如余高，焊腳高度，咬邊等一些表面質量的檢驗要求。
按照焊接過程中金屬所處的狀態不同，可以把焊接方法分為熔焊、壓焊和釺焊三類。
一、熔焊
是焊接過程中，將焊件接頭加熱至熔化狀態，不加壓完成焊接的方法。在加熱的條件下增強了金屬的原子動能，促進原子間的相互擴散，當被焊金屬加熱至溶化狀態形成液體熔池時，原子之間可以充分擴散和緊密接觸，因此冷卻凝固後，即形成牢固的焊接接頭（可用冰作比喻）。常見的有氣焊、電弧焊、電渣焊、氣體保護焊等都屬於熔焊的方法。
二、壓焊
是焊接過程中必須對焊件施加壓力（加熱或不加熱），以完成的焊接方法。這類焊接有兩種形式，一是將被焊金屬接觸部分加熱至塑性狀態或局部熔化狀態，然後施加一定的壓力，以使金屬原子間相互結合形成牢固的焊接接頭，如鍛焊、接觸焊、摩擦焊和氣壓焊等就是這種壓焊方法。二是不進行加熱，僅在被焊金屬的接觸面上施加足夠的壓力，藉助於壓力所引起的塑性變形，以使原子間相互接近而獲得牢固的接頭，這種方法有冷壓焊、爆炸焊等（主要用於復合鋼板）。
三、釺焊
是採用比母材熔點低的金屬材料，將焊件和釺料加熱到高於釺料熔點，低於母材熔點的溫度，利用液態釺料潤濕母材，填充接頭之間間隙並與母材相互擴散實現聯接焊件的方法。常見的釺焊方法有烙鐵焊、火焰釺焊。
常用焊接方法的基本原理及用途
目前的焊接方法的分類
一、熔焊
1、氣焊：
利用氧乙炔或其他氣體火焰加熱母材和填充金屬，達到焊接目的。火焰溫度為3000℃左右。適用於較薄工件，小口徑管道、有色金屬鑄鐵、釺焊。
2、手工電弧焊：
利用電弧作為熱源熔化焊條與母材形成焊縫的手工操作焊接方法，電弧溫度在6000-8000℃左右。適用於黑色金屬及某些有色金屬焊接，應用范圍廣，尤其適用於短焊縫，不規則焊縫。
3、埋弧焊：
(分自動、半制動)電弧在焊劑區下燃燒，利用顆粒狀焊劑，作為金屬熔池的覆蓋層，將空氣隔絕使其不得進入熔池。焊絲由送絲機構連續送入電弧區，電弧的焊接方向、移動速度用手工或機械完成。
適用於中厚板材料的碳鋼、低合金鋼、不銹鋼、銅等直焊縫及規則焊縫的焊接。
4氣電焊：
（氣體保護焊）利用保護氣體來保護焊接區的電弧焊。保護氣體作為金屬熔池的保護層把空氣隔絕。採用的氣體有惰性氣體、還原性氣體、氧化性氣體適用於碳鋼、合金鋼、銅、鋁等有色金屬及其合金的焊接。氧化性氣體適用於碳鋼及合金鋼的合金
5、離子弧焊：
利用氣體在電弧中電離後，再經過熱收縮效應、機械收縮效應、磁收縮效應而產生的一種超高溫熱源進行焊接，溫度可達20000℃左右。
二、壓焊
1、摩擦焊：
利用焊件間相互摩擦，接觸端面旋轉產生的熱能，施加一定的壓力而形成焊接接頭。適用於鋁、銅、鋼及異種金屬材料的焊接。
2、電阻焊：
利用電流通過焊件產生的電阻熱，加熱焊件（或母材）至塑性狀態，或局部熔化狀態，然後施加壓力使焊件連接之一起。適用於可焊接薄板、管材、棒料。
三、釺焊
1、烙鐵釺焊：
利用電烙鐵或火焰加熱烙鐵的熱量。加熱母材局部，並使填充金屬熔入間隙，達到連接的目的。適用於熔點300℃的釺料。一般用於導線，線路板及原件的焊接。
2、火焰釺焊：
利用氣體火焰為加熱源，加熱母材，並使填充金屬材料熔入間隙，達到連接目的適用於、不銹鋼、硬質合金、有色金屬等一般尺寸較小的焊件。

3. 摩擦焊 碳鋼和不銹鋼的焊接參數

(1)摩擦焊焊接參數摩擦焊焊接參數有獨立參數和非獨立參數兩類：

①獨立參數。指可單獨設定和控制的參數，如主軸轉速、摩擦壓力、摩擦時間、頂鍛壓力、頂鍛維持時間等。

②非獨立參數。由兩個或兩個以上獨立參數以及材料性質所決定的參數，如摩擦扭矩、摩擦變形量、焊接溫度、頂鍛變形量等。

(2)摩擦焊接頭質量控制接頭形式和焊接參數確定後，接頭質量主要取決於焊接參數的穩定。對連續驅動摩擦焊的接頭質量可通過下列焊接參數予以控制：

①時間控制。

②功率峰值控制。基於摩擦加熱功率峰值到穩定值之間相應時間基本不變的原則，主要應用於碳鋼和低合金鋼的強規范焊接。實際上由於多種因素都會背離上述原則，故此類控制的有效性有限。

③變形量控制。為克服因焊件表面狀態和其他參數變化帶來的不利影響，還可同時對摩擦時間進行控制。

④溫度控制。主要通過對焊件表面溫度的非接觸測量進行監控。

⑤變參數復合控制。主要用於大斷面焊件的焊接，其核心是在不同階段採用不同控制方式。如在一級摩擦階段同時進行時間控制和壓力控制、在二級摩擦階段同時進行變形量和變形速度控制，在頂鍛階段同時進行時間控制和壓力控制等。

⑥Mt控制。基於能量控制原則，可示意於見下圖。從功率達到最大值的t0時刻起計算摩擦熱量，在熱量達到Q0時的ta時刻停止加熱而進入頂鍛階段。摩擦熱量的控制可通過摩擦轉矩M對摩擦時間t的積分運算來實現。

4. 塑料磨擦焊是什麼原理

一：超聲波塑料焊接機的工作原理
超聲波焊接原理是通過超聲波發生器將50/60赫茲電流轉換成15、20、30或40千赫茲電能。被轉換的高頻電能通過換能器再次被轉換成為同等頻率的機械運動，隨後機械運動通過一套可以改變振幅的調幅器裝置傳遞到焊頭。焊頭將接收到的振動能量傳遞到待焊接工件的接合部，在該區域，振動能量被通過摩擦方式轉換成熱能，將塑料熔化。超聲波不僅可以被用來焊接硬熱塑性塑料，還可以加工織物和薄膜。一套超聲波焊接系統的主要組件包括超聲波發生器，換能器/調幅器/焊頭三聯組，模具和機架。
二：旋轉摩擦式塑料焊接機的工作原理
旋轉摩擦式塑料焊接機一般用來焊接兩個圓形熱塑性塑料工件。焊接時，一個工件被固定在底模上，另一個工件在被固定的工件表面進行自轉運動。由於有一定的壓力作用在兩個工件上，工件間摩擦產生的熱量可以使兩個工件的接觸面熔化並形成一個禁固且密閉的結合。其中定位旋熔是在設定時間旋轉，瞬間停在設定的位置上，成為永久性的熔合
三：熱板焊接機的工作原理
熱板焊接機主要通過一個由溫度控制的加熱板來焊接塑料件。焊接時，加熱板置於兩個塑料件之間，當工件緊貼住加熱板時，塑料開始熔化。在一段預先設置好的加熱時間過去之後，工件表面的塑料將達到一定的熔化程度，此時工件向兩邊分開，加熱板移開，隨後兩片工件並合在一起，當達到一定的焊接時間和焊接深度之後，整個焊接過程完成。
四、激光塑料焊接機的工作原理
激光焊接機的工作原理是使光/激光射線穿過一個塑料件照射在另一個塑料件表面（即焊接面）；焊接面在充分吸收光束能量後，受熱並熔化；此時通過對兩個塑料件施加一個可以調節的夾緊力，使其緊密地結合在一起。和其他的現有塑料焊接工藝相比，激光焊接工藝的優勢在於光/激光射線可以同時加熱並焊接整個焊接面，焊接效果更顯著。四、線性振動摩擦焊接機的工作原理線性振動摩擦焊接利用在兩個待焊工件接觸面所產生的摩擦熱能來使塑料熔化。熱能來自一定壓力下，一個工件在另一個表面以一定的位移或振幅往復的移動。一旦達到預期的焊接程度，振動就會停止，同時仍舊會有一定的壓力施加於兩個工件上，使剛剛焊接好的部分冷卻、固化，從而形成緊密地結合。
五、軌道式振動摩擦焊接機的工作原理
軌道式振動摩擦焊接是一種利用摩擦熱能焊接的方法。在進行軌道式振動摩擦焊接時，上部的工件以固定的速度進行軌道運動——向各個方向的圓周運動。運動可以產生熱能，使兩個塑料件的焊接部分達到熔點。一旦塑料開始熔化，運動就停止，兩個工件的焊接部分將凝固並牢牢的連接在一起。小的夾持力會導致工件產生最小程度的變形，直徑在10英寸以內的工件可以用應用軌道式振動摩擦進行焊接。

5. 如何編制焊接工藝

不同的焊接方法有不同的焊接工藝。焊接工藝主要根據被焊工件的材質、牌號、化學成分，焊件結構類型，焊接性能要求來確定。首先要確定焊接方法，如手弧焊、埋弧焊、鎢極氬弧焊、熔化極氣體保護焊等等，焊接方法的種類非常多，只能根據具體情況選擇。確定焊接方法後，再制定焊接工藝參數，焊接工藝參數的種類各不相同，如手弧焊主要包括：焊條型號（或牌號）、直徑、電流、電壓、焊接電源種類、極性接法、焊接層數、道數、檢驗方法等等。
1 總則
本通用工藝適用於我公司採用手工電弧焊、埋弧自動焊，鎢極氬弧焊及熔化極CO2氣體保護焊工藝的各類鋼制壓力容器的焊接。
2 焊工
2.1 焊工必須按《鍋爐壓力容器焊工考試規則》進行考試，並取得焊工合格證，方能在有效期內從事合格項目的焊接工作。
2.2 焊接前焊工必須了解所焊焊件的鋼種、焊接材料、焊接工藝要點。
3 焊接方法
3.1 下列焊縫一般採用埋弧焊
3.1.1 10≤δ≤60的拼接焊縫；
3.1.2 直徑φ≥1000mm且δ≥10mm的A、B縫內、外口；600mm≤直徑φ＜1000mm的A、B縫外口。
3.2 下列焊縫一般採用手工焊：
3.2.1 直徑φ≥1000mm且δ＜10mm的A、B縫內、外口；
3.2.2 600mm≤直徑φ＜1000mm的A、B縫內口
3.2.3 直徑φ≥89mm接管與法蘭B類縫外口；
3.2.4 C、D 類焊縫。
3.3 下列焊縫一般採用鎢極氬弧焊：
3.3.1 直徑φ≥1000mm 且δ≤8mm的A、B類縫打底焊；
3.3.2 600mm≤直徑φ＜1000mm的A、B類縫打底焊；
3.3.3 直徑φ≥89mm接管與法蘭B類縫打底焊；
3.3.4 φ＜89mm的接管與法蘭B縫焊接；
3.3.5 圖樣要求採用氬弧焊的C、D類焊縫焊接。
3.4 下列焊縫一般採用熔化極CO2氣體保護焊：
3.4.1 塔器的裙座和底座環的焊接；
3.4.2 容器和換熱器等設備的鞍座和支座的焊接。
4 焊接材料
4.1 根據產品圖紙或JB/T4709《鋼制壓力容器焊接規程》的規定選用相應的焊接材料。
4.2 焊條、焊絲、焊劑必須具有產品質量證明書，並符合相應的標准規定，經驗收或復驗合格後方可使用。
4.3 焊條存放處必須乾燥，焊條應堆放整齊，分類、分牌號存放，避免混亂。
4.4 焊條、焊劑使用前應按說明書規定進行烘烤，焊條領用時須用焊條筒存放，隨取隨用。連續使用的焊劑應過篩，除去其中的塵土和粉末。
4.5 焊絲表面應無鐵銹、氧化皮、油污等污物。
4.6 焊接用保護氣體的純度必須達到規定的標准要求，有含水量要求的要嚴格控制其含水量。
5 焊縫坡口形式與基本尺寸
5.1 採用手工焊的坡口形式和基本尺寸規定如下：
5.1.1 單面V 型坡口見圖5.1.1。
5.1.2 不對稱X 型坡口見圖5.1.2。
5.1.3 當直徑≤600mm，採用單面焊雙面成形工藝時可採用單面V 型外坡口。
5.1.4 當直徑>600mm選用V型和X型坡口，先焊大坡口側，背面清根，再焊小坡口側。
5.2 採用埋弧自動焊工藝時，焊縫坡口型式和基本尺寸規定如下：
5.2.1 I 型坡口見圖5.2.1(適用於?=10-14mm鋼板)。
5.2.2 單面V型坡口見圖5.2.2
5.2.3 不對稱X型坡口見圖5.2.3。
5.3 採用氬弧焊工藝時，一般採用單面V型外坡口見圖5.3。
5.4 除5.1條、5.2條、5.3條規定外，可根據產品圖紙和相關標准選擇焊縫坡口形式和基本尺寸。
6 焊前准備
6.1 全面檢查電源、焊機、焊槍、供氣系統、工裝等設備是否正常。
6.2 確認焊條、焊劑、焊絲牌號、規格及質量是否符合要求。
6.3 檢查焊件的裝配質量和坡口情況。
6.3.1 焊接的坡口形式和基本尺寸以及裝配公差必須符合產品圖紙要求及技術工藝文件的規定，坡口應保持平整，不得有裂紋、分層、夾渣等缺陷。
6.3.2 坡口表面及兩側20mm范圍內的水分、鐵銹、油污等有害雜質應清理干凈。
6.4 不銹鋼及其復合鋼板復層坡口兩側各100mm范圍塗白堊粉，以防止沾附焊接飛濺。
6.5 採用埋弧自動焊焊平板拼縫、筒體縱縫時，必須有引弧板和熄弧板各一塊，長150mm，寬100mm，厚度、材質與筒體相同。
6.6 氬氣的純度不低於99.99%（體積比），含水量不超過20×10-6，當瓶內氣體壓力低於1Mpa時應停止使用。
6.7 按工藝文件要求實施預熱，要保持預熱的均勻性，確認達到預熱溫度後才能施焊。
7 焊接要求
7.1 焊接環境出現下列任一情況時，須採取有效防護措施，否則禁止施焊。
7.1.1 風速大於10m/s；
7.1.2 相對濕度大於90%；
7.1.3 雨、雪環境；
7.1.4 焊件溫度低於-20℃。
7.2 不銹鋼、有色金屬容器應有與鋼制產品隔離的專用的焊接場地，地面應鋪設橡膠等軟墊，保持環境清潔。
7.3 焊接環境必須符合安全衛生要求。
7.4 焊工的工作環境應有足夠的光線。
7.5 當焊件溫度為0℃時，應在施焊處100mm 范圍內預熱到15℃左右。有預熱要求時，應不低於預熱溫度。
7.6 應在引弧板或坡口內引弧，禁止在非焊接部位引弧。應防止地線、電纜線、焊鉗與焊件打弧。
7.7 定位縫若存在裂紋必須清除定位焊重焊；如存在氣孔、夾渣時應去除氣孔、夾渣。
7.8 熔入永久焊縫內的定位焊兩端應修磨至便於接弧。
7.9 受壓元件的角焊縫根部應保證焊透。
7.10 雙面焊需清理焊根，顯露出正面打底的焊縫金屬，接弧處應保證焊透與熔合。
7.11 每條焊縫應盡可能一次焊完，當中斷焊接時，對冷裂紋敏感的焊件應及時採取後熱、緩冷措施，重新施焊時，仍需按規定進行預熱。
7.12 按焊接工藝卡執行焊接規范，並注意及時調整電流、電壓和焊速，以確保焊接質量。
7.13 採用控制線能量，選擇合理焊接次序等措施，防止和減少焊接變形。
7.14 當焊縫出現大量氣孔、裂紋及成型不良時，應立即停止焊接，分析原因，進行修補和調整後方可繼續施焊。
8 焊接工藝參數的選擇
8.1 手工電弧焊工藝
8.1.1 一般根據焊件厚度選擇焊條直徑，見表8.1.1。
表8.1.1焊條直徑的選擇
材料厚度（mm）
＜4
4-12
12

焊條直徑（mm）
2.5-3.2
3.2-4
≥4

8.1.2 鹼性焊條採用直流電源且反極性焊接，酸性焊條採用交流或直流電源，正或反極性焊接。
8.1.3 焊接電流的選擇一般根據焊條直徑來確定。在採用同樣直徑的焊條焊接時，當焊件較厚，可選擇電流上限，立、橫、仰焊一般應比平焊時小10%左右。焊接奧氏不銹鋼時，電流應比焊接碳鋼、低合金鋼等材料的電流小。
8.1.4 應盡量採用低電壓短弧焊，焊接速度應保證焊縫成型良好。
8.1.5 焊接電流、電壓匹配關系見表8.1.5。
表8.1.5焊接電流、電壓匹配關系
焊條直徑（mm）
2.5
3.2
4.0
5.0

電流（A）
50-80
100-130
160-200
200-250

電壓（V）
16-18
18-20
21-23
23-25

6. 摩擦焊的步驟

上海勝春機械 連續驅動摩擦焊機：

摩擦焊接的原理：

在壓力作用下回，通過待焊工件的摩答擦界面及其附近溫度升高，材料的變形抗力降低、塑性提高、界面氧化膜破碎，伴隨著材料產生塑性流變，通過界面的分子擴散和再結晶而實現焊接的固態方法。

摩擦焊通常由如下四個步驟構成：

1、機械能轉化為熱能：

2、材料塑性變形：

3、熱塑性下的鍛壓力：

4、分子間擴散再結晶：

摩擦焊的優勢：

摩擦焊相對傳統熔焊最大的不同點在於整個焊接過程中，待焊金屬獲得能量升高達到的溫度並沒有達到其熔點，即金屬是在熱塑性狀態下實現的類鍛態固相連接。

相對傳統熔焊，摩擦焊具有焊接接頭質量高，能達到焊縫強度與基體材料強度，焊接效率高、質量穩定、一致性好，可實現異種材料焊接等。

關於傳統摩擦焊的定義：

利用焊件表面相互摩擦所產生的熱，使端面達到熱塑性狀態，然後迅速頂鍛，完成焊接的一種方法。

7. 汽車車身焊接工藝流程

由於車身工段焊點數量較多，無法在一條生產線上完成，所以車身工段一般含有多條主線。主線一完成車身骨架的焊接，主線二對車身骨架進行補焊及後閉合板外板和承重梁定位焊和補焊，主線三完成頂篷在車身上的焊接，其中側圍與底板搭接的部分區域以及承重梁的焊接的部分區域等因焊槍無法達到，一般採用CO2氣體保護焊進行焊接，CO2氣體保護焊是利用焊絲與工件之間產生電弧的熱量,熔化焊絲與工件形成焊縫, 通過CO2氣體作保護，把電弧和熔池與空氣隔離開來的一種焊接方法，簡稱CO2焊。CO2氣體保護焊在汽車車身製造過程中主要運用在兩個方面：一是不能進行定位焊的位置， 二是對焊接強度要求比定位焊強度高的位置