2011摩擦焊.doc

定义：摩擦焊(Frictionwelding)是一种固相热压

焊，它是利用焊件接触面之间的相对摩擦运动和

塑性流动所产生的热量，使界面及其附近达到热

塑性状态并在压力作用下产生适当的宏观塑性变

形而形成接头。

?摩擦焊始于1891年，当时美国批准了这种焊接方法的

第一个专利，主要利用摩擦焊来连接钢缆——随后德

国、英国、美国和日本等国家也先后开展了摩擦焊的

生产与应用。

?由于摩擦焊方法具有许多突出的优点，各国对这一方

法都很重视。目前俄罗斯、英国、日本、德国及美国

等国家已将摩擦焊技术广泛应用于汽车、拖拉机、刀

具、航空、军工、石油、化工等行业设备的制造部门

，每年焊接的焊件达亿万件，取得的经济效益无法计

量。

?我国早在1957年就建立了摩擦焊试验室，并且实验成

功了铝-铜摩擦焊。在摩擦焊机的设计制造和各种材质

不同接头型式(管-管，棒-棒，管-棒，管-板)的焊接工

艺、摩擦焊接头焊后热处理、焊后接头无损检验和焊

接过程中焊接参数的监控等的研究中取得许多成果。

1960年，用于水内冷电机紫铜-不锈钢拼头套制造上—

—1965年用于铜-铝导电子上——1970年用于异种钢

排气阀、锅炉水冷壁、刀具、化工阀门上——1978年

用于钻杆上。

二、摩擦焊的优点及应用

1.摩擦焊的热影响区小，不会产生通常熔化焊的缺陷，焊接生产率高，

产品质量稳定，成品率可达到了99.96％～99.98％。如德国在汽车零

件排气阀的焊接加工中，用摩擦焊代替闪光焊，废品率由原来1.4％降

到0.04％～0.01％；英国一家汽车厂对200万汽车后桥进行摩擦焊时，

没有发现一件废品。

2.摩擦焊接的加工精度也不断提高，如长度可控制在±0.2mm以内，

同轴度小于0.2mm。

3.摩擦焊耗能低，节能显著，如摩擦焊所需动力是闪光焊的1/5～1/10。

多年来，摩擦焊以其优质、高效、节能和无污染的技术特色，深受制

造业的重视，特别是近年来不断开发出的摩擦焊新技术。

4.在电力、化学、机械制造、石油天然气、汽车制造等产业部门得到

了愈来愈广泛的应用，而且在航空、航天、核能、海洋开发等高技术

领域也展现了新的应用前景。

三、摩擦焊的分类

按相对运动形式和工

艺特点对摩擦焊的分

类见图1。

四、摩擦焊的工作原理

连续驱动摩擦焊是最典型的摩擦焊方法，其原理

是利用被焊工件的相对转动，同时施加适当的轴向压

力(摩擦压力)，使工件接触面相互摩擦而升温，当温

度达到使焊接件接触端部呈热塑性状态时，迫使工件

相对转动迅速停止，同时将轴向压力加大，并适当保

压一段时间以产生足够塑性变形，从而使两工件牢固

地焊接在一起。具体过程如图2（a～c）所示：

五、摩擦焊的工作原理

图21—主轴；2—转动夹具；3、4—工件；

5—固定夹具；6—溜板；7—操纵液压缸

（1）将两个被焊工件3和4分别卡

在转动卡具2和固定卡具5上，主轴1带

动转动夹具2旋转，操纵液压缸7，使

溜板6向左移动，被焊工件3和4的焊接

表面接触；

（2）工件3相对工件4旋转，并在

摩擦压力F1的共同作用下产生的摩擦

热，使焊接界面的温度急剧上升，被

焊金属达到塑性状态，塑性变形使一

些金属被挤出形成飞边；

（3）主轴1刹车，同时施加顶锻力

F2，使被焊工件3和4焊接在一起，同

时有较多的金属挤出。

Ρ=μΚPV

—

—

—

—

—

kpvPkpvPkpvP

1.惯性摩擦焊

惯性摩擦焊工作原理如图3所示

：旋转焊件与飞轮相连，焊接

开始时首先将飞轮1和旋转的工

件2加速到一定的转速，然后飞

轮与主电机脱开，同时，可移

动的工件3端向前移动，工件接

触后开始摩擦加热，而飞轮受

摩擦扭矩的制动作用，转速逐

渐降低，当转速为零时，焊接

过程结束。

图3惯性摩擦焊原理示意图

2.线性摩擦焊(Linearfrictionwelding)

图4线性摩擦焊示意图

待焊工件一个固定，另一个以

一定的速度作往复运动，或两

个工件作相对往复运动，在垂

直于往复运动方向的压力作用

下，随摩擦运动的进行，摩擦

表面被清理并产生摩擦热，摩

擦表面的金属逐渐达到粘塑性

状态并产生变形。然后，停止

往复运动并施加顶锻力，完成

焊接。连续驱动摩擦焊和惯性

摩擦焊一般限于把圆柱截面或

管截面的焊件焊到相同类型的

截面或板上。如图4所示。

3.搅拌摩擦焊(Frictionstirwelding)

搅拌摩擦焊（FSW）是英

国焊接研究所(简称TWI)于

1991年发明的一种固相连接

技