原理:
摩擦焊是指在压力作用下或在恒定或递增压力以及扭矩的作用下,利用焊接接触端面之间的相对运动在摩擦面及其附近区域产生摩擦热和塑形变形热,使及其附近区域温度上升到接近但一般低于熔点的温度区间,材料的变形抗力降低、塑性提高、界面的氧化膜破碎,在顶锻压力的作用下,伴随材料产生塑性变形及流动,通过界面的分子扩散和再结晶而实现焊接的固态焊接方法。
摩擦破坏了金属表面的氧化膜。摩擦生热降低了金属的强度,但提高了它的塑性。摩擦表面金属产生了塑性变形与流动,防止了金属的氧化,促进了焊接金属原子的互相扩散,形成了牢固的焊接接头。这就是摩擦焊的实质。
特点:
①接头的焊接质量好、稳定。我国用低温摩擦焊生产的铝铜过渡接头,其废品率低于0.01%;锅炉厂采用摩擦焊代替闪光焊生产省煤器蛇形管,焊接的废品率由原来的10%降低到0.001%。西德用摩擦焊代替闪光焊生产汽车排气门,焊接的废品率由原来的1.4%下降到0.04~0.01%。从以上例子可以看到,摩擦焊的废品率非常低,是一般焊接方法的1%左右。
②适于焊接异种钢和异种金属。摩擦焊不仅可以焊接普通的异种钢,还可以焊接常温和高温机械、物理性能差别很大的异种钢和异种金属,如碳素结构钢—高速工具钢;铜—不锈钢等。此外,还能很好地焊接那些产生脆性合金的异种金属,如铝—铜、铝—钢等。
③焊件尺寸精度高。用摩擦焊生产的柴油发动机预燃烧室,全长的最大误差为士0.1毫米。有些专用摩擦焊机可以保证焊件的长度公差为土0.2毫米,偏心度小于0.2毫米。因此,摩擦焊不仅用来焊接毛坯,而且还可以焊接装配好的成品。
④焊机功率小、省电能。摩擦焊和闪光焊相比较,节省电能为80~90%左右。
⑤摩擦焊的工作场地卫生,没有火花、弧光及有害气体,有利于环境保护,适于和其他先进的金属加工方法一起用于自动生产线。
摩擦焊种类:
相关摩擦焊原理示意:
机械同步相位摩擦焊
插销配合摩擦焊
径向摩擦焊
摩擦堆焊
线性摩擦焊
嵌入摩擦焊
第三体摩擦焊
摩擦焊设备:
传统摩擦焊设备可分为连续驱动摩擦焊机、惯性摩擦焊机。
连续摩擦焊机由六部分组成:主轴系统、加压系统、机身、夹头、检测与控制系统、辅助装置。
(1)主轴系统:
主要由主轴电动机、传动带、离合器、制动器、轴承和主轴等组成,主轴系统传送焊接所需的功率,承受摩擦转矩。
(2)加压系统:
主要包括加压机构和受力机构。加压机构的核心是液压系统,液压系统分为夹紧油路、滑台快进油路、滑台工进油路、顶锻保压油路以及滑台快退油路等五个部分。
加紧油路主要通过对离合器的压紧与松开完成主轴的起动、制动以及工件的夹紧、松开等任务。当工件装夹完成之后,滑台快进,为了避免两工件发生撞击,当接近到一定程度时,通过油路的切换,滑台由快进转变为工进;工件摩擦时,提供摩擦压力;顶锻回路用以调节顶锻力和顶锻速度的大小;当顶锻保压结束后,又通过油路切换实现滑台快退,达到原位后停止运动,一个循环结束。
受力机构的作用是平衡轴向力(摩擦压力、顶锻力)和摩擦转矩以及防止焊机变形,保持主轴系统和加压系统的同轴度。轴向力的平衡可采用单拉杆或双拉杆结构,即以工件为中心、在机身中心位置设置单拉杆或以工件为中心、对称设置双拉杆;转矩的平衡常用装在机身上的导轨来实现。
(3)机身:
机身一般为卧式, 少数为立式。为防止变形和振动,它应有足够的强度和刚度。主轴箱、 导轨、拉杆、夹头都装在机身上。
(4)夹头:
夹头分为旋转和移动(固定)两种。旋转夹头又有自定心弹簧夹头和三爪夹头之分,弹簧夹头适宜于直径变化不大的工件,三爪夹头适宜于直径变化较大的工件。移动夹头大多为液夹台虎钳,其中简单型的则适于直径变化不大的工件,自动定心型的则适宜于直径变化较大的工件。为了使夹持牢靠,不出现打滑旋转、后退、振动等,夹头与工件的接触部分硬度要高、耐磨性要好。
(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、顶端上升时间、顶端维持时 间)、加热功率、压力(摩擦压力-含一次压力和二次压力、顶锻力)、变形量、转矩、转速、温度、特征信号( 如摩擦开始时刻、功率峰值及所对应的时刻)等。
控制系统包括程序控制和焊接参数控制,程序控制用来完成上料、夹紧、滑台快进、滑台工进、主轴旋转、摩擦加热、离合器松开、制动、顶锻保证、切除飞边、滑台后退、工件退出等顺序动作及联锁保护等,焊接参数控制则根据方案进行相应的诸如时间控制、功率峰值控制、变形量控制、温度控制、变参数复合控制等。
(6)辅助装置:
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。
相关摩擦焊机样式:
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