惯性摩擦焊报告解析

《热制造学基础》报告惯性摩擦焊接工艺吴朝阳摘要 21.惯性摩擦焊的发展背景 3 2.2惯性摩擦焊 5 接工艺，已成为先进航空发动机的压气机转，惯性摩擦焊接技术同时作为一种具有环保、节术，在其他领域也有有着十分重要的应用。惯性已经展现出强大的市场潜力和前景，并且正在飞摩擦焊接工艺的发展背景、焊接原理和优缺点及摩擦焊方法，即连续驱动摩擦焊(FRW)。此后，连续驱动摩擦焊技术迅速发展，并大量应用于汽车工业，但是在航空工业中未能得到实际应带车辆公司(CaterpillerTractorCo．)发明了一种新的摩擦焊方法即惯性摩子部件的主要焊接方法。2.1摩擦焊摩擦焊接是一种固态结合焊接工艺过程，两个被焊接工件作相对的运动或旋转，在压力下对接，由接触面摩擦生热，使得焊接材料从接触面塑性地相互另一件夹持于移动夹具，称为移动工件。焊接时，旋转工件在电机驱动下开始高速旋转，移动工件在轴向力作用下逐步向旋转工件靠拢，两侧工件接触并压紧后，摩擦界面上一些微凸体首先发生粘接与剪切，并产生摩擦热。随着实际接触面积增大，摩擦扭矩迅速升高，摩擦界面处温度也随之上升，摩擦界面逐渐被一层高温粘塑性金属所覆盖。此时，两侧工件的相对运动实际上已发生在这层粘塑性金属内部，产热机制已由初期的摩擦产热转变为粘塑性金属层内的塑性变形产热。在热激活作用下，这层粘塑性金属发生动态再结晶，使变形抗力降低，故摩擦扭矩升高到一定程度(前峰值扭矩)后逐渐降低。随着摩擦热量飞边，轴向缩短量逐渐增大。随摩擦时间延长，摩擦界面温度与摩擦扭矩基本恒定，温度分布区逐渐变宽，飞边逐渐增大，此阶段称之为准稳定摩擦阶段。在此阶段，摩擦压力与转速保持恒定。当摩擦焊接区的温度分布、变形达到一定程度后，开始刹车制动并使轴向力迅速升高到所设定的顶锻压力此时轴向缩短量急骤增大，并随着界面温度降低，摩擦压力增大，摩擦扭矩出现第二个峰值，即后峰值扭矩。在顶锻过程中及顶锻后保压过程中，焊合区金属通过相互扩散与再结晶，使两侧金属牢固焊接在一起，从而完成整个焊接过程。在整个焊接过程中，摩擦界面温度一般不会超过熔点，焊接。摩擦焊的工艺过程如下图1所示。p=aFvp摩擦所消耗的功率惯性摩擦焊接是一种利用飞轮储存能量，可在短时间内释放很大摩擦热量在焊接过程中，用飞轮所储藏的动能提供焊接所有或部分热能，因而又被称为储能摩擦焊接。惯性摩擦焊接过程中，旋转工件与飞轮固定。焊接时，飞轮首先被加速到设定的转速，以动能形式储存所需的能量，随后电动机通过离合器与主轴脱离。当移动焊件在轴向压力作用下向旋转焊接靠拢、压紧后，存储在飞轮中的动能通过摩擦逐渐转化为热能，而飞轮转速则不断降低，直至停止转比连续驱动摩擦焊接大得多的后峰值扭矩，该扭矩与轴向压力一起，使轴向缩图如下图2所示。对于给定的材料，在一定的摩擦压力和相对转动速度条件下，摩擦副相互摩擦并不断产生热量。根据界面的摩擦状态和产生热量的情况摩擦焊接过程大锈、油、灰尘以及吸附的气体等，所以，显示出的摩擦系数很小，随着接触后摩擦压力的逐渐增加，摩擦加热功率也逐渐增加。在初始摩擦阶段，凹凸不平互相压入的表面迅速产生塑性变形和机械挖掘现象，表面不平会引起震动，空净；同时伴随着表面原始状态的改变，摩擦面趋向于平整，使得真实的接触面积增高。在这个阶段中，摩擦变形量开始增大，并开始以飞边的形式出现。在不稳定摩擦阶段，机械挖掘现象减小，震动消除，表面逐渐平整，出现高温塑性状，使之与空气隔绝。(3)稳定摩擦阶段在这个阶段，材料的粘结现象减少，分子作用现象增强，摩擦系数很小，摩擦加热功率稳定在较低的水平。变形层在力的作用下，不断近的金属又不断被加热达到塑性状态。矩和轴向缩短量的变化曲线。惯性摩擦焊接工件的两个接头，一般要求摩擦副中至少有一侧截面是圆形。典型的摩擦焊接接头有相同大小的棒-棒、管-管、棒-管；不同直径大小的棒-棒、棒-管、管-管；还有棒-板、管-板3.1惯性摩擦焊的优点接头不会产生与融化和凝固有关的一些焊接缺陷和焊接脆化现象，如粗大的柱状品，偏析，夹杂，裂纹和气孔等。再者就是摩擦焊接时间短，焊接热影响区窄，热影响区内组织无明2.广泛的工艺适应性：除了传统的金属材料，惯性摩擦焊对熔焊性较差的沉淀强化高温合金，高强钛合金，超高强度钢具有良好的焊接性。惯性摩擦焊3.焊接过程可靠性高：主要是指焊接参数少(一个是转子的转动惯量和转速，另外一个是压力)，这些参数可控制性都比较好，焊接过程自动化程度高，焊接质量不受电流，接头电阻和环境影响。焊接前的准备简单，接头断面状态要求不严格度高：在严格控制焊接参数的条件下，通常焊件长度公差在0.2mm内,偏心度小于0.2mm。5.摩擦焊接生产效率高：摩擦焊接过程短暂，一般在几秒到几十秒的范文范围内，速度非常的快。6.焊机工作环境清洁：摩擦焊接过程不产生烟雾，火花，飞溅，弧光及有害气体等对环境产生影响的污染源，是一种清洁的产生工艺。7.摩擦焊接能耗低：摩擦焊不需要特殊的焊接电源，所需的能量仅为传统焊接工艺的20%左右；也不需要其他消耗材料，如焊条，焊剂，保护气体等。3.2惯性摩擦焊的缺点设备比较复杂；对盘件和薄壁管件，由于不宜固定，焊接也比较困难杂，一次性成本投入大，价格昂贵别小的材料，特别是脆性材料，难以焊接3.3惯性摩擦焊的现状汽车工业已成为惯性摩擦焊接最具活力的应用市场。在涡轮增压泵、安全航空航天工业尽管不是惯性摩擦焊接最大应用市场，但它在该领域的重要目前国内高端市场采用的高性能特种摩擦焊机几乎都从美国MTI、英国，限制条件苛