[科普中國(guó)]-摩擦焊接

簡(jiǎn)述

利用熱塑性塑料間摩擦所生成的摩擦熱而使其在摩擦面發(fā)生熔化，而后加壓，在玨力下冷卻使其焊合的方法稱為摩擦焊接。此法最適用于旋轉(zhuǎn)體制件。與金屬摩擦焊類似，焊接時(shí)一件固定，另一件旋轉(zhuǎn)并加壓力。

焊接實(shí)心部件時(shí)，由于旋轉(zhuǎn)體外緣線速度高，故摩擦熱自中心至外緣遞增，使接頭處存在焊接應(yīng)力，為此可將焊合面做成球面狀，以期摩擦先在中心處發(fā)生，而后逐漸推向邊緣。

對(duì)于熱塑性塑料可用焊接的方法得到滿意的接頭。在實(shí)際生產(chǎn)中除焊接外還可以對(duì)塑料進(jìn)行粘合和機(jī)械連接，尤其是對(duì)那些不能用焊接方法焊合的塑料只能用粘結(jié)和機(jī)械連接。2

原理在兩個(gè)焊件的焊接端面上加一定的軸向壓力，并使接觸面作劇烈的摩擦運(yùn)動(dòng)，摩擦產(chǎn)生的熱，把接觸面加熱到一定的焊接溫度（一般為稍低于材料的熔點(diǎn)，如碳鋼的焊接溫度）時(shí)急速停止運(yùn)動(dòng)，并施以一定的頂鍛壓力，使兩個(gè)焊件金屬產(chǎn)生一定量的塑性變形，從而把兩個(gè)焊件牢固地焊接在一起。3

過程結(jié)合分析焊接過程，對(duì)于同類金屬的摩擦焊接可分為三個(gè)階段：

①兩個(gè)焊件接觸表面開始摩擦，首先是使表面附著的氧化物及雜質(zhì)受到破壞與排除，同時(shí)接觸表面凹凸不平的地方產(chǎn)生塑性變形，晶粒受到破壞，結(jié)果是接觸面被加熱，并顯露出較平整的純潔金屬表面。

②對(duì)純潔金屬的接觸表面繼續(xù)進(jìn)行摩擦運(yùn)動(dòng)，使接觸面溫度繼續(xù)升高，塑性變形增大，開始產(chǎn)生金屬的相互“粘接”現(xiàn)象（即局部焊合）。隨著摩擦運(yùn)動(dòng)的繼續(xù)，焊件接觸表面附近的溫度迅速上升，并接近或達(dá)到焊接溫度。

③當(dāng)?shù)竭_(dá)焊接溫度時(shí)，金屬塑性很大。在急速停止相對(duì)運(yùn)動(dòng)并加以很大的頂鍛壓力時(shí)，使兩個(gè)焊件產(chǎn)生很大的塑性變形，接觸表面金屬原子更靠近，出現(xiàn)相互擴(kuò)散和晶間連系，形成共同的重結(jié)晶、中間化合物及少量的再結(jié)晶晶粒，從而把兩焊件焊接在一起。

對(duì)于異種金屬的摩擦焊接，由于兩金屬的硬度、塑性與熔點(diǎn)的差異，其摩擦焊接過程的機(jī)理也有區(qū)別。例如銅鋁在摩擦焊接過程中，最初是兩種金屬原子在摩擦熱與壓力作用下，相互滲透擴(kuò)散。在接頭表面形成兩種金屬的合金。這種合金和原來金屬性能不同，如塑性降低，強(qiáng)度增高。所以最初是銅鋁金屬之間的摩擦，當(dāng)形成極薄的合金層后，由于它的強(qiáng)度比鋁高，在鋁的一側(cè)就成為抗剪強(qiáng)度最低點(diǎn)，所以摩擦逐漸變?yōu)楹辖饘优c鋁之間的摩擦?？梢娿~鋁摩擦焊接是以銅的摩擦面為基礎(chǔ)成長(zhǎng)起來的。這種概念從試驗(yàn)觀察也可得到證實(shí)，如果摩擦到最后不施加頂鍛力，即把兩焊件分開，可以明顯地看到在銅件上已焊上一層極薄的含銅的合金。這層合金隨時(shí)間增長(zhǎng)而變厚，并逐漸趨于純鋁，這時(shí)合金厚度就不再增長(zhǎng)了。當(dāng)然，如果最后施加了頂鍛力，兩者就焊在一起了。3

優(yōu)點(diǎn)生產(chǎn)實(shí)踐證明，作為熱壓焊之一的摩擦焊，除了具有一般熱壓焊的優(yōu)點(diǎn)外，還有其突出的優(yōu)點(diǎn)。

1．焊接接頭的質(zhì)量高而且穩(wěn)定?；旧夏苓_(dá)到100%的合格率，接頭強(qiáng)度一般都超過母材。這是因?yàn)樵谀Σ梁傅恼麄€(gè)過程中，焊接表面在固相狀態(tài)下，始終受軸向力的鐓鍛作用。另外，由于利用焊接表面的相互摩擦作為熱源，整個(gè)表面同時(shí)被加熱，焊接時(shí)間極短，熱影響區(qū)小，因此，只要合理地選擇焊接規(guī)范，焊機(jī)設(shè)計(jì)得當(dāng)，焊接規(guī)范的重現(xiàn)性好，就完全可以避免裂紋、氣孔、夾渣及未溶透等熔化焊時(shí)所常見的缺陷，而得到均勻一致的接頭質(zhì)量。

2．具有比較廣泛的可焊性。它不僅可用來焊接相同的金屬材料，而且特別適用于性能相差較大的異種金屬的焊接。某些異種金屬用普通的熔化焊或閃光對(duì)接焊時(shí)，會(huì)由于接頭內(nèi)生成金屬問脆性化合物而無法進(jìn)行焊接或難以得到優(yōu)質(zhì)的接頭。采用摩擦焊接時(shí)，可以在較廣的范圍內(nèi)選擇和控制焊接溫度，并且焊接時(shí)間很短，因此能比較容易地防止或大大減少金屬間脆性化合物的生成，從而獲得良好的焊接接頭。

3．焊件的尺寸精度和幾何精度高。摩擦焊機(jī)實(shí)際上相當(dāng)于一臺(tái)帶有加壓機(jī)構(gòu)的車床，按照現(xiàn)代機(jī)床的設(shè)計(jì)及制造技術(shù)來講，使它具有足夠的精度及剛性并不困難。此外，再采用適當(dāng)?shù)目刂品椒?，可使焊件在焊接后的長(zhǎng)度誤差小于±0.2毫米，偏心度可在0.2毫米之內(nèi)。

4．降低了制造成本。摩擦焊時(shí)，焊件的焊接余量小，焊口的裝配要求不高，焊接功率小，省電能。

5．勞動(dòng)條件好。沒有火花、弧光、有害氣體，也無振動(dòng)、無噪音等。

6．摩擦焊容易實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)化。4