主讲：曹朝霞主讲：曹朝霞编制传统摩擦焊工艺特种焊接技术系列微课之 2 目 录03选择焊接参数的原则02惯性摩擦焊焊接参数01连续驱动摩擦焊焊接参数传统摩擦焊的焊接工艺 3 传统摩擦焊的焊接工艺01选择连续驱动摩擦焊焊接参数连续驱动摩擦焊的焊接参数：主轴转速、摩擦压力、摩擦时间、顶锻压力、顶锻时间、变形量等转速与摩擦压力转速和摩擦压力是最主要的焊接参数在焊接过程中，转速与摩擦压力直接影响摩擦转矩、摩擦加热功率、接头温度场、塑性层厚度以及摩擦变形速度等4 传统摩擦焊的焊接工艺摩擦线速度:实心圆截面焊件摩擦界面上的平均摩擦速度是距圆心为2/3处临界摩擦速度:一般将达到焊接温度时的转速称为临界摩擦速度低碳钢的临界摩擦速度为0.3 m/s左右；平均摩擦速度的范围为0.63 m/s转速必须高于临界摩擦速度，以保证界面的变形层加热到金属材料的焊接温度旋转速度：焊件直径一定时，转速代表摩擦速度01选择连续驱动摩擦焊焊接参数 5 传统摩擦焊的焊接工艺在稳定摩擦阶段，转速对焊接表面的摩擦变形层厚度、深塑区的位置及飞边均有影响：当转速为1000r/min时，由于外圆的摩擦速度大，外侧金属的温度升高，摩擦表面的温度比高速摩擦时低，摩擦转矩和摩擦变形速度增大，并移向外圆，因此外圆的变形层较中心厚。
这时变形层金属非常容易流出摩擦表面之外，形成不对称的肥大飞边这种接头的温度分布梯度大，变形层金属容易被 大量挤出，焊缝金属迅速更新，能够有效地防止氧化01选择连续驱动摩擦焊焊接参数 6 传统摩擦焊的焊接工艺当转速升高时，摩擦表面温度升高，摩擦转矩和摩擦变形速度小，深塑区移向圆心，当变形层中的高温粘滞金属在摩擦压力和摩擦转矩的作用下向外流动时，受到较大的阻碍，形成了对称的小薄翅状飞边（图c）这种接头由于转矩小，挤出的金属少，所以接头的温度分布较宽，变形层金属也容易氧化a a）1000r/min b1000r/min b）2000r/min c2000r/min c）4000r/min4000r/min01选择连续驱动摩擦焊焊接参数 7 传统摩擦焊的焊接工艺 摩擦压力：为了产生足够的摩擦加热功率，保证摩擦表面的全面接触，必须施加一定的摩擦压力在稳定摩擦阶段，当摩擦压力增大时，摩擦转矩增大，摩擦加热功率升高，摩擦变形速度增大，变形层加厚，深塑区增宽并向外圆移动，在压力的作用下形成粗大而不对称的飞边01选择连续驱动摩擦焊焊接参数 8 传统摩擦焊的焊接工艺摩擦压力大时，接头的温度分布梯度大，变形层金属不容易氧化。
在摩擦加热过程中，摩擦压力一般为定值，但是为了满足焊接工艺的特殊要求，摩擦压力也可以不断上升，或采用两级或三级加压转速和摩擦压力的选择范围很宽，最常用的组合方式有两种：一是强规范，即转速较低，摩擦压力较大，摩擦时间短；二是弱规范，即转速较高，摩擦压力小，摩擦时间长01选择连续驱动摩擦焊焊接参数 9 传统摩擦焊的焊接工艺摩擦时间如果时间短，则摩擦表面加热不充分，不能形成完整的塑性变形层，接头温度和温度场不能满足焊接要求；如果时间长，接头温度分布宽，高温区金属容易过热，摩擦变形量大，飞边也大，消耗的材料、能量多碳钢工件的摩擦时间一般在1 40s范围内摩擦时间：决定了摩擦加热过程的阶段和加热的程度，直接影响接头的加热温度、温度分布和焊接质量01选择连续驱动摩擦焊焊接参数 10 传统摩擦焊的焊接工艺 停车时间：影响接头变形层的厚度和焊接质量通常根据变形层厚度选择该参数当变形层较厚时，停车时间要短；当变形层较薄而且希望在停车阶段增加变形层厚度时，则可加长停车时间通常制动停车时间的选择范围为0.l1s摩擦变形量：与转速、摩擦压力、摩擦时间、材质的状态和变形抗力有关要得到牢固的接头，必须有一定的摩擦变形量，在焊接碳钢时，摩擦变形量通常选取的范围为1l0mm。
01选择连续驱动摩擦焊焊接参数 11 传统摩擦焊的焊接工艺 顶锻压力、顶锻变形量、顶锻速度顶锻压力是为了能挤出摩擦塑性变形层中的氧化物和其他有害杂质，并使接头金属得到锻造，结合紧密，晶粒细化，以提高接头性能顶锻压力的选择与材质、接头温度、变形层厚度以及摩擦压力有关高温强度较高的材料，顶锻压力应取大一些接头的温度高、变形层较厚时，采用较小的顶锻压力就可得到所需要的顶锻变形量摩擦压力大时，相应的顶锻压力要小一些一般顶锻压力应为摩擦压力的23倍摩擦压力越小，倍数越大01选择连续驱动摩擦焊焊接参数 12 传统摩擦焊的焊接工艺 对非合金钢和低合金钢，顶锻压力一般取100420MPa；对于耐热合金、不锈钢则需要较高的顶锻压力顶锻压力、顶锻变形量、顶锻速度顶锻变形量是顶锻压力作用的结果，一般选取16mm顶锻速度对焊接质量影响很大，如果顶锻速度过慢，则达不到要求的顶锻变形量，一般为1040mm/s01选择连续驱动摩擦焊焊接参数 13 传统摩擦焊的焊接工艺 惯性摩擦焊主要焊接参数：飞轮转动惯量 飞轮起始转速 轴向压力 图为初始速度和轴向压力一定时，焊接参数对接头形态的影响02选择惯性摩擦焊焊接参数 14 传统摩擦焊的焊接工艺 飞轮转动惯量在初始速度和轴向压力一定时，增大飞轮的转动惯量，焊接总能量增加，焊接时间延长，顶锻作用增大，因此界面处塑性金属量增加，顶锻和挤出的金属量增多，焊接飞边相应增大。
若飞轮的转动惯量太小，则顶锻作用不足、难以压实焊缝和从界面排除杂质图a为飞轮转动惯量对接头形态的影响02选择惯性摩擦焊焊接参数 15 传统摩擦焊的焊接工艺 飞轮初始速度每种金属都有一个能使接头获得最佳性能的外圆周速度范围对于实心钢棒，推荐的飞轮初始速度范围为2.57.6m/s如果速度太低，中心热量不足，难以使整个界面形成牢固接合，并且毛刺粗糙不均随着速度的升高，界面加热区由细腰形逐渐变得平坦当初始速度高于6m/s时，焊缝呈鼓形，中心处比外围厚飞轮初始转速对接头断面形状的影响如图b所示02选择惯性摩擦焊焊接参数 16 传统摩擦焊的焊接工艺 轴向压力轴向压力的作用一般与转速的影响相反轴向压力增大，界面热塑性金属挤出量增多，飞边量增多，焊接热影响区变窄但压力过高会导致接头中心接合不良，且顶锻量很大对中碳钢圆棒来说，轴向压力的有效范围为150210MPa轴向压力对接头形态的影响如图c所示02选择惯性摩擦焊焊接参数 17 传统摩擦焊的焊接工艺选择工艺参数时，除了要考虑焊接的材质、形状、尺寸、焊接表面准备情况和对接头质量的要求等因素外，结合焊机的技术数据与性能碳钢的连续驱动摩擦焊接参数选择范围为：摩擦速度0.63m/s，摩擦压力20100 MPa，摩擦时间140s，变形量1l0mm，停车时间0.11s，顶锻压力100200MPa，顶锻变形量16mm，顶锻速度1040 mm/s。
03选择焊接参数的总体原则 18 传统摩擦焊的焊接工艺中碳钢、高碳钢、低合金钢及其组合的异种钢焊接时，焊接参数选择可以参考低碳钢的焊接参数为了防止中碳钢、高碳钢和低合金钢焊缝中产生淬火组织，减少焊后回火处理工序，应选用较弱的焊接规范焊接高温强度差的高合金钢时，需要增大摩擦压力和顶锻压力，适当延长摩擦时间焊接高温强度差别比较大的异种钢或某些不产生脆性化合物的异种金属时，除了在高温强度低的材料一方加模具以外，还要适当延长摩擦时间，提高摩擦压力和顶锻压力03选择焊接参数的总体原则 19 传统摩擦焊的焊接工艺03选择焊接参数的总体原则焊接容易产生脆性化合物的异种金属时，需要采用一定模具封闭接头金属，还要控制焊接温度，降低摩擦速度，增大摩擦压力和顶锻压力对于小直径工件，主要采用强规范；焊接大直径工件时，应采用弱规范在摩擦速度不变的情况下，应相应地降低转速工件直径越大，摩擦压力在摩擦表面上的分布越不均匀，摩擦变形阻力越大，变形层的扩展也需要较长的时间，为了降低焊机的功率和轴向压力，摩擦压力往往由小到大，分级加压，或采用惯性摩擦焊20 传统摩擦焊的焊接工艺03选择焊接参数的总体原则焊接管子时，为了减少内部毛刺，在保证焊接质量的前提下，应设法减小摩擦变形量和顶锻变形量。
目前，还不能用计算的方法来确定摩擦焊的焊接参数，主要还是通过试验方法确定在大批量生产中，焊接表面在焊前都应进行平整和清理，这样才利于保证和稳定焊接质量21 传统摩擦焊的焊接工艺材料接头直径/mm转速rmin-1摩擦压力MPa摩擦时间s顶锻压力MPa备注45钢45钢162000601.512045钢45钢25200060412045钢45钢6010006020120不锈钢不锈钢2520008010200高速工具钢十45钢25200012013240采用模具铜十不锈钢2517503440240采用模具铝十不锈钢251000503100采用模具30CrMnSiNi2A2023703065540CrMnSnMoVA2023703537803选择焊接参数的总体原则 22 The End。