摩擦焊接工艺如何编制

1. 摩擦焊的应用

摩擦焊接以其优质、高效、节能、无污染的技术特色，在航空、航天、核能、兵器、汽车、电力、海洋开发、机械制造等高新技术和传统产业部门得到了愈来愈广泛的应用。下面以摩擦焊接在航空航天工业与汽车工业中的应用举例说明。(1)航空航天工业随着现代高性能军用航空发动机的不断更新，其主要性能指标——推重比亦不断提高。同时对发动机的结构设计、材料及制造工艺均提出了更高的要求。从70年代起，以美国GE公司为代表，在军用航空发动机转子部件（盘+盘、盘+轴）制造中，率先成功地采用了惯性摩擦焊接技术。GE公司生产的TF39航空发动机的16级压气机盘；CMF56航空发动机的1-2级，4-9级，以及压气机轴；F101航空发动机的1-3级盘与鼓及前轴颈，5-9级盘与鼓及后轴颈等均采用了摩擦焊接工艺，有的还采用了粉末冶金—等温锻造—摩擦焊接组合工艺。API(Udimet700、Astroloy)、In100和René95及In718之类的粉末高温合金盘已成功地采用了惯性摩擦焊接，其焊接接头性能可达到母材的水平。美国Textron Lycoming公司生产的新型大功率T55涡轮喷气发动机的前盘与前轴、后轴的连接都是采用盘+轴一体的摩擦焊接结构。P&W公司将摩擦焊接列为80年代发动机制造中的五项重大焊接技术之一；德国MTU公司正在开展高压压气机转子等大型部件的摩擦焊接技术研究；法国海豚发动机也将摩擦焊接推广应用于减速器锥形齿轮的焊接，等等。国外一些先进的航空发动机制造公司已将摩擦焊接作为焊接高推重比航空发动机转子部件的主导的、典型的和标准的工艺方法。普遍认为摩擦焊是可靠、再现性好和可信赖的焊接技术。在飞机制造中，摩擦焊接也展现了新的应用前景。AISI4340超高强度钢因其具有高的缺口敏感性和焊接脆化倾向，当用来制造飞机起落架时，国外规定不允许采用熔化焊接方法施焊，已成功地进行了4340管与4030锻件起落架、拉杆的摩擦焊接。此外，直升飞机旋翼主传动轴的NitralloyN合金齿轮与18%高镍合金钢管轴的焊接、双金属飞机铆钉、飞机钩头螺栓等均采用了摩擦焊接，这表明摩擦焊接技术已渗透到了飞机重要承力构件的焊接领域。某航天飞机三部发动机上1800个高温合金喷射器柱全部是由摩擦焊接方法焊接到发动机上的。(2)汽车工业国外在汽车零配件规模化生产中，摩擦焊接技术占有较重要的地位。据不完全统计，美国、德国、日本等工业发达国家的一些著名汽车制造公司，已有百余种汽车零配件采用了摩擦焊接技术。 国内外在发动机双金属排气阀生产中广泛采用了摩擦焊接技术将NiCr20TiAl（Nimonic 80)、5Cr21Mn9Ni4(21-4N)、4Cr14Ni14W2Mo之类的高温合金或奥氏体型耐热钢盘部与4Cr9Si2、4Cr10Si2Mo之类的马氏体型不锈耐热钢杆部连接起来形成整体排气阀，特别适合于空心阀的制造。采用锻焊复合结构取代整体锻造生产汽车半轴在国外已得到广泛应用。另外，汽车及工程机械上风扇轴支座组件、空心后轴、前悬架、自动变速器输出轴、无变形飞轮齿圈、发电机支座、粘性传动风扇联轴节、起动机小齿轮组件、速度选择轴、变扭器盖、汽车液压千斤顶、转向节、司机侧气囊充气器、万向节组件、凸轮轴、水泵毂和轴、直接离合器鼓和毂组件、后桥壳管、倾斜转向轴、叉、冷却风扇电机壳体和轴、等速万向节、连轴齿轮、变扭器盖、传动轴、叉、涡轮传动轴、中央轴、涡轮增压器、乘客侧气囊充气器、 汽车用扁尾套筒扳手、后悬架臂、空调机蓄压器等的制造过程中均可利用摩擦焊接工艺简化制造工艺和降低生产成本。

2. 焊接技术有哪些

焊接技术可分为三个方面：，
1、焊接工装；为了顺利实施焊接工艺，给出焊件在生产中的工装工艺，简单的说就是怎么样组装焊件，用什么设备，方案，将工件固定，组装，以便于焊接工艺的更好实施。
2、焊接工艺；包括焊前的一些准备（坡口，清理，预热，焊接材料的选用等），焊后的一些处理办法（清理飞溅，打磨，后热，焊后热处理，焊工标记，以及进行下一个环节的手续等），焊接参数（电流，电压，焊接速度），焊接顺序说明，层道布置等，
3、焊接检验；根据标准要求，给出不同结构的检验标准，比如余高，焊脚高度，咬边等一些表面质量的检验要求。
按照焊接过程中金属所处的状态不同，可以把焊接方法分为熔焊、压焊和钎焊三类。
一、熔焊
是焊接过程中，将焊件接头加热至熔化状态，不加压完成焊接的方法。在加热的条件下增强了金属的原子动能，促进原子间的相互扩散，当被焊金属加热至溶化状态形成液体熔池时，原子之间可以充分扩散和紧密接触，因此冷却凝固后，即形成牢固的焊接接头（可用冰作比喻）。常见的有气焊、电弧焊、电渣焊、气体保护焊等都属于熔焊的方法。
二、压焊
是焊接过程中必须对焊件施加压力（加热或不加热），以完成的焊接方法。这类焊接有两种形式，一是将被焊金属接触部分加热至塑性状态或局部熔化状态，然后施加一定的压力，以使金属原子间相互结合形成牢固的焊接接头，如锻焊、接触焊、摩擦焊和气压焊等就是这种压焊方法。二是不进行加热，仅在被焊金属的接触面上施加足够的压力，借助于压力所引起的塑性变形，以使原子间相互接近而获得牢固的接头，这种方法有冷压焊、爆炸焊等（主要用于复合钢板）。
三、钎焊
是采用比母材熔点低的金属材料，将焊件和钎料加热到高于钎料熔点，低于母材熔点的温度，利用液态钎料润湿母材，填充接头之间间隙并与母材相互扩散实现联接焊件的方法。常见的钎焊方法有烙铁焊、火焰钎焊。
常用焊接方法的基本原理及用途
目前的焊接方法的分类
一、熔焊
1、气焊：
利用氧乙炔或其他气体火焰加热母材和填充金属，达到焊接目的。火焰温度为3000℃左右。适用于较薄工件，小口径管道、有色金属铸铁、钎焊。
2、手工电弧焊：
利用电弧作为热源熔化焊条与母材形成焊缝的手工操作焊接方法，电弧温度在6000-8000℃左右。适用于黑色金属及某些有色金属焊接，应用范围广，尤其适用于短焊缝，不规则焊缝。
3、埋弧焊：
(分自动、半制动)电弧在焊剂区下燃烧，利用颗粒状焊剂，作为金属熔池的覆盖层，将空气隔绝使其不得进入熔池。焊丝由送丝机构连续送入电弧区，电弧的焊接方向、移动速度用手工或机械完成。
适用于中厚板材料的碳钢、低合金钢、不锈钢、铜等直焊缝及规则焊缝的焊接。
4气电焊：
（气体保护焊）利用保护气体来保护焊接区的电弧焊。保护气体作为金属熔池的保护层把空气隔绝。采用的气体有惰性气体、还原性气体、氧化性气体适用于碳钢、合金钢、铜、铝等有色金属及其合金的焊接。氧化性气体适用于碳钢及合金钢的合金
5、离子弧焊：
利用气体在电弧中电离后，再经过热收缩效应、机械收缩效应、磁收缩效应而产生的一种超高温热源进行焊接，温度可达20000℃左右。
二、压焊
1、摩擦焊：
利用焊件间相互摩擦，接触端面旋转产生的热能，施加一定的压力而形成焊接接头。适用于铝、铜、钢及异种金属材料的焊接。
2、电阻焊：
利用电流通过焊件产生的电阻热，加热焊件（或母材）至塑性状态，或局部熔化状态，然后施加压力使焊件连接之一起。适用于可焊接薄板、管材、棒料。
三、钎焊
1、烙铁钎焊：
利用电烙铁或火焰加热烙铁的热量。加热母材局部，并使填充金属熔入间隙，达到连接的目的。适用于熔点300℃的钎料。一般用于导线，线路板及原件的焊接。
2、火焰钎焊：
利用气体火焰为加热源，加热母材，并使填充金属材料熔入间隙，达到连接目的适用于、不锈钢、硬质合金、有色金属等一般尺寸较小的焊件。

3. 摩擦焊 碳钢和不锈钢的焊接参数

(1)摩擦焊焊接参数摩擦焊焊接参数有独立参数和非独立参数两类：

①独立参数。指可单独设定和控制的参数，如主轴转速、摩擦压力、摩擦时间、顶锻压力、顶锻维持时间等。

②非独立参数。由两个或两个以上独立参数以及材料性质所决定的参数，如摩擦扭矩、摩擦变形量、焊接温度、顶锻变形量等。

(2)摩擦焊接头质量控制接头形式和焊接参数确定后，接头质量主要取决于焊接参数的稳定。对连续驱动摩擦焊的接头质量可通过下列焊接参数予以控制：

①时间控制。

②功率峰值控制。基于摩擦加热功率峰值到稳定值之间相应时间基本不变的原则，主要应用于碳钢和低合金钢的强规范焊接。实际上由于多种因素都会背离上述原则，故此类控制的有效性有限。

③变形量控制。为克服因焊件表面状态和其他参数变化带来的不利影响，还可同时对摩擦时间进行控制。

④温度控制。主要通过对焊件表面温度的非接触测量进行监控。

⑤变参数复合控制。主要用于大断面焊件的焊接，其核心是在不同阶段采用不同控制方式。如在一级摩擦阶段同时进行时间控制和压力控制、在二级摩擦阶段同时进行变形量和变形速度控制，在顶锻阶段同时进行时间控制和压力控制等。

⑥Mt控制。基于能量控制原则，可示意于见下图。从功率达到最大值的t0时刻起计算摩擦热量，在热量达到Q0时的ta时刻停止加热而进入顶锻阶段。摩擦热量的控制可通过摩擦转矩M对摩擦时间t的积分运算来实现。

4. 塑料磨擦焊是什么原理

一：超声波塑料焊接机的工作原理
超声波焊接原理是通过超声波发生器将50/60赫兹电流转换成15、20、30或40千赫兹电能。被转换的高频电能通过换能器再次被转换成为同等频率的机械运动，随后机械运动通过一套可以改变振幅的调幅器装置传递到焊头。焊头将接收到的振动能量传递到待焊接工件的接合部，在该区域，振动能量被通过摩擦方式转换成热能，将塑料熔化。超声波不仅可以被用来焊接硬热塑性塑料，还可以加工织物和薄膜。一套超声波焊接系统的主要组件包括超声波发生器，换能器/调幅器/焊头三联组，模具和机架。
二：旋转摩擦式塑料焊接机的工作原理
旋转摩擦式塑料焊接机一般用来焊接两个圆形热塑性塑料工件。焊接时，一个工件被固定在底模上，另一个工件在被固定的工件表面进行自转运动。由于有一定的压力作用在两个工件上，工件间摩擦产生的热量可以使两个工件的接触面熔化并形成一个禁固且密闭的结合。其中定位旋熔是在设定时间旋转，瞬间停在设定的位置上，成为永久性的熔合
三：热板焊接机的工作原理
热板焊接机主要通过一个由温度控制的加热板来焊接塑料件。焊接时，加热板置于两个塑料件之间，当工件紧贴住加热板时，塑料开始熔化。在一段预先设置好的加热时间过去之后，工件表面的塑料将达到一定的熔化程度，此时工件向两边分开，加热板移开，随后两片工件并合在一起，当达到一定的焊接时间和焊接深度之后，整个焊接过程完成。
四、激光塑料焊接机的工作原理
激光焊接机的工作原理是使光/激光射线穿过一个塑料件照射在另一个塑料件表面（即焊接面）；焊接面在充分吸收光束能量后，受热并熔化；此时通过对两个塑料件施加一个可以调节的夹紧力，使其紧密地结合在一起。和其他的现有塑料焊接工艺相比，激光焊接工艺的优势在于光/激光射线可以同时加热并焊接整个焊接面，焊接效果更显着。四、线性振动摩擦焊接机的工作原理线性振动摩擦焊接利用在两个待焊工件接触面所产生的摩擦热能来使塑料熔化。热能来自一定压力下，一个工件在另一个表面以一定的位移或振幅往复的移动。一旦达到预期的焊接程度，振动就会停止，同时仍旧会有一定的压力施加于两个工件上，使刚刚焊接好的部分冷却、固化，从而形成紧密地结合。
五、轨道式振动摩擦焊接机的工作原理
轨道式振动摩擦焊接是一种利用摩擦热能焊接的方法。在进行轨道式振动摩擦焊接时，上部的工件以固定的速度进行轨道运动——向各个方向的圆周运动。运动可以产生热能，使两个塑料件的焊接部分达到熔点。一旦塑料开始熔化，运动就停止，两个工件的焊接部分将凝固并牢牢的连接在一起。小的夹持力会导致工件产生最小程度的变形，直径在10英寸以内的工件可以用应用轨道式振动摩擦进行焊接。

5. 如何编制焊接工艺

不同的焊接方法有不同的焊接工艺。焊接工艺主要根据被焊工件的材质、牌号、化学成分，焊件结构类型，焊接性能要求来确定。首先要确定焊接方法，如手弧焊、埋弧焊、钨极氩弧焊、熔化极气体保护焊等等，焊接方法的种类非常多，只能根据具体情况选择。确定焊接方法后，再制定焊接工艺参数，焊接工艺参数的种类各不相同，如手弧焊主要包括：焊条型号（或牌号）、直径、电流、电压、焊接电源种类、极性接法、焊接层数、道数、检验方法等等。
1 总则
本通用工艺适用于我公司采用手工电弧焊、埋弧自动焊，钨极氩弧焊及熔化极CO2气体保护焊工艺的各类钢制压力容器的焊接。
2 焊工
2.1 焊工必须按《锅炉压力容器焊工考试规则》进行考试，并取得焊工合格证，方能在有效期内从事合格项目的焊接工作。
2.2 焊接前焊工必须了解所焊焊件的钢种、焊接材料、焊接工艺要点。
3 焊接方法
3.1 下列焊缝一般采用埋弧焊
3.1.1 10≤δ≤60的拼接焊缝；
3.1.2 直径φ≥1000mm且δ≥10mm的A、B缝内、外口；600mm≤直径φ＜1000mm的A、B缝外口。
3.2 下列焊缝一般采用手工焊：
3.2.1 直径φ≥1000mm且δ＜10mm的A、B缝内、外口；
3.2.2 600mm≤直径φ＜1000mm的A、B缝内口
3.2.3 直径φ≥89mm接管与法兰B类缝外口；
3.2.4 C、D 类焊缝。
3.3 下列焊缝一般采用钨极氩弧焊：
3.3.1 直径φ≥1000mm 且δ≤8mm的A、B类缝打底焊；
3.3.2 600mm≤直径φ＜1000mm的A、B类缝打底焊；
3.3.3 直径φ≥89mm接管与法兰B类缝打底焊；
3.3.4 φ＜89mm的接管与法兰B缝焊接；
3.3.5 图样要求采用氩弧焊的C、D类焊缝焊接。
3.4 下列焊缝一般采用熔化极CO2气体保护焊：
3.4.1 塔器的裙座和底座环的焊接；
3.4.2 容器和换热器等设备的鞍座和支座的焊接。
4 焊接材料
4.1 根据产品图纸或JB/T4709《钢制压力容器焊接规程》的规定选用相应的焊接材料。
4.2 焊条、焊丝、焊剂必须具有产品质量证明书，并符合相应的标准规定，经验收或复验合格后方可使用。
4.3 焊条存放处必须干燥，焊条应堆放整齐，分类、分牌号存放，避免混乱。
4.4 焊条、焊剂使用前应按说明书规定进行烘烤，焊条领用时须用焊条筒存放，随取随用。连续使用的焊剂应过筛，除去其中的尘土和粉末。
4.5 焊丝表面应无铁锈、氧化皮、油污等污物。
4.6 焊接用保护气体的纯度必须达到规定的标准要求，有含水量要求的要严格控制其含水量。
5 焊缝坡口形式与基本尺寸
5.1 采用手工焊的坡口形式和基本尺寸规定如下：
5.1.1 单面V 型坡口见图5.1.1。
5.1.2 不对称X 型坡口见图5.1.2。
5.1.3 当直径≤600mm，采用单面焊双面成形工艺时可采用单面V 型外坡口。
5.1.4 当直径>600mm选用V型和X型坡口，先焊大坡口侧，背面清根，再焊小坡口侧。
5.2 采用埋弧自动焊工艺时，焊缝坡口型式和基本尺寸规定如下：
5.2.1 I 型坡口见图5.2.1(适用于?=10-14mm钢板)。
5.2.2 单面V型坡口见图5.2.2
5.2.3 不对称X型坡口见图5.2.3。
5.3 采用氩弧焊工艺时，一般采用单面V型外坡口见图5.3。
5.4 除5.1条、5.2条、5.3条规定外，可根据产品图纸和相关标准选择焊缝坡口形式和基本尺寸。
6 焊前准备
6.1 全面检查电源、焊机、焊枪、供气系统、工装等设备是否正常。
6.2 确认焊条、焊剂、焊丝牌号、规格及质量是否符合要求。
6.3 检查焊件的装配质量和坡口情况。
6.3.1 焊接的坡口形式和基本尺寸以及装配公差必须符合产品图纸要求及技术工艺文件的规定，坡口应保持平整，不得有裂纹、分层、夹渣等缺陷。
6.3.2 坡口表面及两侧20mm范围内的水分、铁锈、油污等有害杂质应清理干净。
6.4 不锈钢及其复合钢板复层坡口两侧各100mm范围涂白垩粉，以防止沾附焊接飞溅。
6.5 采用埋弧自动焊焊平板拼缝、筒体纵缝时，必须有引弧板和熄弧板各一块，长150mm，宽100mm，厚度、材质与筒体相同。
6.6 氩气的纯度不低于99.99%（体积比），含水量不超过20×10-6，当瓶内气体压力低于1Mpa时应停止使用。
6.7 按工艺文件要求实施预热，要保持预热的均匀性，确认达到预热温度后才能施焊。
7 焊接要求
7.1 焊接环境出现下列任一情况时，须采取有效防护措施，否则禁止施焊。
7.1.1 风速大于10m/s；
7.1.2 相对湿度大于90%；
7.1.3 雨、雪环境；
7.1.4 焊件温度低于-20℃。
7.2 不锈钢、有色金属容器应有与钢制产品隔离的专用的焊接场地，地面应铺设橡胶等软垫，保持环境清洁。
7.3 焊接环境必须符合安全卫生要求。
7.4 焊工的工作环境应有足够的光线。
7.5 当焊件温度为0℃时，应在施焊处100mm 范围内预热到15℃左右。有预热要求时，应不低于预热温度。
7.6 应在引弧板或坡口内引弧，禁止在非焊接部位引弧。应防止地线、电缆线、焊钳与焊件打弧。
7.7 定位缝若存在裂纹必须清除定位焊重焊；如存在气孔、夹渣时应去除气孔、夹渣。
7.8 熔入永久焊缝内的定位焊两端应修磨至便于接弧。
7.9 受压元件的角焊缝根部应保证焊透。
7.10 双面焊需清理焊根，显露出正面打底的焊缝金属，接弧处应保证焊透与熔合。
7.11 每条焊缝应尽可能一次焊完，当中断焊接时，对冷裂纹敏感的焊件应及时采取后热、缓冷措施，重新施焊时，仍需按规定进行预热。
7.12 按焊接工艺卡执行焊接规范，并注意及时调整电流、电压和焊速，以确保焊接质量。
7.13 采用控制线能量，选择合理焊接次序等措施，防止和减少焊接变形。
7.14 当焊缝出现大量气孔、裂纹及成型不良时，应立即停止焊接，分析原因，进行修补和调整后方可继续施焊。
8 焊接工艺参数的选择
8.1 手工电弧焊工艺
8.1.1 一般根据焊件厚度选择焊条直径，见表8.1.1。
表8.1.1焊条直径的选择
材料厚度（mm）
＜4
4-12
12

焊条直径（mm）
2.5-3.2
3.2-4
≥4

8.1.2 碱性焊条采用直流电源且反极性焊接，酸性焊条采用交流或直流电源，正或反极性焊接。
8.1.3 焊接电流的选择一般根据焊条直径来确定。在采用同样直径的焊条焊接时，当焊件较厚，可选择电流上限，立、横、仰焊一般应比平焊时小10%左右。焊接奥氏不锈钢时，电流应比焊接碳钢、低合金钢等材料的电流小。
8.1.4 应尽量采用低电压短弧焊，焊接速度应保证焊缝成型良好。
8.1.5 焊接电流、电压匹配关系见表8.1.5。
表8.1.5焊接电流、电压匹配关系
焊条直径（mm）
2.5
3.2
4.0
5.0

电流（A）
50-80
100-130
160-200
200-250

电压（V）
16-18
18-20
21-23
23-25

6. 摩擦焊的步骤

上海胜春机械 连续驱动摩擦焊机：

摩擦焊接的原理：

在压力作用下回，通过待焊工件的摩答擦界面及其附近温度升高，材料的变形抗力降低、塑性提高、界面氧化膜破碎，伴随着材料产生塑性流变，通过界面的分子扩散和再结晶而实现焊接的固态方法。

摩擦焊通常由如下四个步骤构成：

1、机械能转化为热能：

2、材料塑性变形：

3、热塑性下的锻压力：

4、分子间扩散再结晶：

摩擦焊的优势：

摩擦焊相对传统熔焊最大的不同点在于整个焊接过程中，待焊金属获得能量升高达到的温度并没有达到其熔点，即金属是在热塑性状态下实现的类锻态固相连接。

相对传统熔焊，摩擦焊具有焊接接头质量高，能达到焊缝强度与基体材料强度，焊接效率高、质量稳定、一致性好，可实现异种材料焊接等。

关于传统摩擦焊的定义：

利用焊件表面相互摩擦所产生的热，使端面达到热塑性状态，然后迅速顶锻，完成焊接的一种方法。

7. 汽车车身焊接工艺流程

由于车身工段焊点数量较多，无法在一条生产线上完成，所以车身工段一般含有多条主线。主线一完成车身骨架的焊接，主线二对车身骨架进行补焊及后闭合板外板和承重梁定位焊和补焊，主线三完成顶篷在车身上的焊接，其中侧围与底板搭接的部分区域以及承重梁的焊接的部分区域等因焊枪无法达到，一般采用CO2气体保护焊进行焊接，CO2气体保护焊是利用焊丝与工件之间产生电弧的热量,熔化焊丝与工件形成焊缝, 通过CO2气体作保护，把电弧和熔池与空气隔离开来的一种焊接方法，简称CO2焊。CO2气体保护焊在汽车车身制造过程中主要运用在两个方面：一是不能进行定位焊的位置， 二是对焊接强度要求比定位焊强度高的位置