摩擦焊接工藝

摩擦焊接工藝是利用焊接接觸端面相對(duì)運(yùn)動(dòng)中相互摩擦所產(chǎn)生的熱，使端部達(dá)到熱塑性狀態(tài)，然后迅速頂鍛，完成焊接的一種壓焊方法。國(guó)內(nèi)摩擦焊接的種類有:攪拌摩擦焊接和震動(dòng)摩擦焊接。不僅可用于塑料制品焊接，還可以用于鋼-鋼，鋼-鋁，銅-鋁等不同表面的焊接，而這些是普通焊接很難做到的。

摩擦焊接工藝速度很快，每個(gè)工件只需要幾秒，而普通焊接需要數(shù)倍的時(shí)間。而且摩擦焊接不產(chǎn)生電焊煙塵和錳、鎳等對(duì)人體有害的職業(yè)病危害因素。摩擦焊接工藝的強(qiáng)度也很大，有時(shí)甚至比材料本身的強(qiáng)度還要大，也就是當(dāng)外力用力拉扯時(shí)，首先斷裂的是沒(méi)有焊接的材料本身而不是焊接點(diǎn)。2100433B

金屬焊接方法有40種以上，主要分為熔焊、壓焊和釬焊三大類。

熔焊是在焊接過(guò)程中將工件接口加熱至熔化狀態(tài)，不加壓力完成焊接的方法。熔焊時(shí)，熱源將待焊兩工件接口處迅速加熱熔化，形成熔池。熔池隨熱源向前移動(dòng)，冷卻后形成連續(xù)焊縫而將兩工件連接成為一體。

在熔焊過(guò)程中，如果大氣與高溫的熔池直接接觸，大氣中的氧就會(huì)氧化金屬和各種合金元素。大氣中的氮、水蒸汽等進(jìn)入熔池，還會(huì)在隨后冷卻過(guò)程中在焊縫中形成氣孔、夾渣、裂紋等缺陷，惡化焊縫的質(zhì)量和性能。

為了提高焊接質(zhì)量，人們研究出了各種保護(hù)方法。例如，氣體保護(hù)電弧焊就是用氬、二氧化碳等氣體隔絕大氣，以保護(hù)焊接時(shí)的電弧和熔池率；又如鋼材焊接時(shí)，在焊條藥皮中加入對(duì)氧親和力大的鈦鐵粉進(jìn)行脫氧，就可以保護(hù)焊條中有益元素錳、硅等免于氧化而進(jìn)入熔池，冷卻后獲得優(yōu)質(zhì)焊縫。

壓焊是在加壓條件下，使兩工件在固態(tài)下實(shí)現(xiàn)原子間結(jié)合，又稱固態(tài)焊接。常用的壓焊工藝是電阻對(duì)焊，當(dāng)電流通過(guò)兩工件的連接端時(shí)，該處因電阻很大而溫度上升，當(dāng)加熱至塑性狀態(tài)時(shí)，在軸向壓力作用下連接成為一體。

各種壓焊方法的共同特點(diǎn)是在焊接過(guò)程中施加壓力而不加填充材料。多數(shù)壓焊方法如擴(kuò)散焊、高頻焊、冷壓焊等都沒(méi)有熔化過(guò)程，因而沒(méi)有象熔焊那樣的有益合金元素?zé)龘p，和有害元素侵入焊縫的問(wèn)題，從而簡(jiǎn)化了焊接過(guò)程，也改善了焊接安全衛(wèi)生條件。同時(shí)由于加熱溫度比熔焊低、加熱時(shí)間短，因而熱影響區(qū)小。許多難以用熔化焊焊接的材料，往往可以用壓焊焊成與母材同等強(qiáng)度的優(yōu)質(zhì)接頭。

釬焊是使用比工件熔點(diǎn)低的金屬材料作釬料，將工件和釬料加熱到高于釬料熔點(diǎn)、低于工件熔點(diǎn)的溫度，利用液態(tài)釬料潤(rùn)濕工件，填充接口間隙并與工件實(shí)現(xiàn)原子間的相互擴(kuò)散，從而實(shí)現(xiàn)焊接的方法。

焊接時(shí)形成的連接兩個(gè)被連接體的接縫稱為焊縫。焊縫的兩側(cè)在焊接時(shí)會(huì)受到焊接熱作用，而發(fā)生組織和性能變化，這一區(qū)域被稱為熱影響區(qū)。焊接時(shí)因工件材料焊接材料、焊接電流等不同，焊后在焊縫和熱影響區(qū)可能產(chǎn)生過(guò)熱、脆化、淬硬或軟化現(xiàn)象，也使焊件性能下降，惡化焊接性。這就需要調(diào)整焊接條件，焊前對(duì)焊件接口處預(yù)熱、焊時(shí)保溫和焊后熱處理可以改善焊件的焊接質(zhì)量。

另外，焊接是一個(gè)局部的迅速加熱和冷卻過(guò)程，焊接區(qū)由于受到四周工件本體的拘束而不能自由膨脹和收縮，冷卻后在焊件中便產(chǎn)生焊接應(yīng)力和變形。重要產(chǎn)品焊后都需要消除焊接應(yīng)力，矯正焊接變形。

現(xiàn)代焊接技術(shù)已能焊出無(wú)內(nèi)外缺陷的、機(jī)械性能等于甚至高于被連接體的焊縫。被焊接體在空間的相互位置稱為焊接接頭，接頭處的強(qiáng)度除受焊縫質(zhì)量影響外，還與其幾何形狀、尺寸、受力情況和工作條件等有關(guān)。接頭的基本形式有對(duì)接、搭接、丁字接(正交接)和角接等。

對(duì)接接頭焊縫的橫截面形狀，決定于被焊接體在焊接前的厚度和兩接邊的坡口形式。焊接較厚的鋼板時(shí)，為了焊透而在接邊處開(kāi)出各種形狀的坡口，以便較容易地送入焊條或焊絲。坡口形式有單面施焊的坡口和兩面施焊的坡口。選擇坡口形式時(shí)，除保證焊透外還應(yīng)考慮施焊方便，填充金屬量少，焊接變形小和坡口加工費(fèi)用低等因素。

厚度不同的兩塊鋼板對(duì)接時(shí)，為避免截面急劇變化引起嚴(yán)重的應(yīng)力集中，常把較厚的板邊逐漸削薄，達(dá)到兩接邊處等厚。對(duì)接接頭的靜強(qiáng)度和疲勞強(qiáng)度比其他接頭高。在交變、沖擊載荷下或在低溫高壓容器中工作的聯(lián)接，常優(yōu)先采用對(duì)接接頭的焊接。

搭接接頭的焊前準(zhǔn)備工作簡(jiǎn)單，裝配方便，焊接變形和殘余應(yīng)力較小，因而在工地安裝接頭和不重要的結(jié)構(gòu)上時(shí)常采用。一般來(lái)說(shuō)，搭接接頭不適于在交變載荷、腐蝕介質(zhì)、高溫或低溫等條件下工作。

采用丁字接頭和角接頭通常是由于結(jié)構(gòu)上的需要。丁字接頭上未焊透的角焊縫工作特點(diǎn)與搭接接頭的角焊縫相似。當(dāng)焊縫與外力方向垂直時(shí)便成為正面角焊縫，這時(shí)焊縫表面形狀會(huì)引起不同程度的應(yīng)力集中；焊透的角焊縫受力情況與對(duì)接接頭相似。

角接頭承載能力低，一般不單獨(dú)使用，只有在焊透時(shí)，或在內(nèi)外均有角焊縫時(shí)才有所改善，多用于封閉形結(jié)構(gòu)的拐角處。

焊接產(chǎn)品比鉚接件、鑄件和鍛件重量輕，對(duì)于交通運(yùn)輸工具來(lái)說(shuō)可以減輕自重，節(jié)約能量。焊接的密封性好，適于制造各類容器。發(fā)展聯(lián)合加工工藝，使焊接與鍛造、鑄造相結(jié)合，可以制成大型、經(jīng)濟(jì)合理的鑄焊結(jié)構(gòu)和鍛焊結(jié)構(gòu)，經(jīng)濟(jì)效益很高。采用焊接工藝能有效利用材料，焊接結(jié)構(gòu)可以在不同部位采用不同性能的材料，充分發(fā)揮各種材料的特長(zhǎng)，達(dá)到經(jīng)濟(jì)、優(yōu)質(zhì)。焊接已成為現(xiàn)代工業(yè)中一種不可缺少，而且日益重要的加工工藝方法。

在近代的金屬加工中，焊接比鑄造、鍛壓工藝發(fā)展較晚，但發(fā)展速度很快。焊接結(jié)構(gòu)的重量約占鋼材產(chǎn)量的45%，鋁和鋁合金焊接結(jié)構(gòu)的比重也不斷增加。

未來(lái)的焊接工藝，一方面要研制新的焊接方法、焊接設(shè)備和焊接材料，以進(jìn)一步提高焊接質(zhì)量和安全可靠性，如改進(jìn)現(xiàn)有電弧、等離子弧、電子束、激光等焊接能源；運(yùn)用電子技術(shù)和控制技術(shù)，改善電弧的工藝性能，研制可靠輕巧的電弧跟蹤方法。

另一方面要提高焊接機(jī)械化和自動(dòng)化水平，如焊機(jī)實(shí)現(xiàn)程序控制、數(shù)字控制；研制從準(zhǔn)備工序、焊接到質(zhì)量監(jiān)控全部過(guò)程自動(dòng)化的專用焊機(jī)；在自動(dòng)焊接生產(chǎn)線上，推廣、擴(kuò)大數(shù)控的焊接機(jī)械手和焊接機(jī)器人，可以提高焊接生產(chǎn)水平，改善焊接衛(wèi)生安全條件。

摩擦副可分為高副和低副傳動(dòng)。摩擦輪（四柱輪、圈錐輪、圓盤(pán)、圈環(huán)、四球、弧錐輪）傳動(dòng)、金屬帶傳動(dòng)。鍵傳動(dòng)是高副傳動(dòng)，服帶傳動(dòng)是低副傳動(dòng)。

摩擦傳動(dòng)由于其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造容易、運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，噪聲低、過(guò)載保護(hù)，以及能連續(xù)平滑地調(diào)節(jié)其傳動(dòng)比，因而有較大的應(yīng)用范圍，成為無(wú)級(jí)變速傳動(dòng)的主要元件。但由于摩擦傳動(dòng)在運(yùn)動(dòng)中有滑動(dòng)（彈性滑動(dòng)、幾何滑動(dòng)與打滑）。影響傳動(dòng)精度，傳動(dòng)效率較低，結(jié)構(gòu)尺寸較大，作用在軸和軸承上的載荷大，多用于中小功率傳動(dòng)。

摩擦輪摩擦輪傳動(dòng)的工作原理

摩擦輪傳動(dòng)是由兩個(gè)相互壓緊的摩擦輪組成，利用兩輪直接接觸產(chǎn)生的摩擦力來(lái)傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力。分為外接圓柱式和內(nèi)接圓柱式兩種。

摩擦輪摩擦輪傳動(dòng)的傳動(dòng)比

主動(dòng)輪1與從動(dòng)輪2相互壓緊后，在接觸處P點(diǎn)產(chǎn)生壓緊力，當(dāng)主動(dòng)輪1逆時(shí)針?lè)较蚧剞D(zhuǎn)時(shí)，摩擦力即帶動(dòng)從動(dòng)輪2順時(shí)針?lè)较蚧剞D(zhuǎn)。如果沒(méi)有出現(xiàn)打滑現(xiàn)象，那么兩輪在P點(diǎn)的圓周速度應(yīng)相等，即v₁=v₂（m/s）。如圖《摩擦輪傳動(dòng)比》所示。

因?yàn)関₁=πD₁n₁/1000×60、v₂=πD₂n₂/1000×60

所以 i₁₂=n₁/n₂=D₂/D₁

式中 i₁₂——兩摩擦輪的傳動(dòng)比；

n₁——主、從動(dòng)輪的轉(zhuǎn)速（r/min）；

n₂——主、從動(dòng)輪的直徑（mm）。

摩擦輪摩擦輪傳動(dòng)的類型

根據(jù)兩摩擦輪軸線的相對(duì)位置不同，摩擦輪可分為兩軸平行和兩軸相交兩種類型。

（1）兩軸平行有圓柱摩擦輪和槽形摩擦輪。

1）圓柱摩擦輪。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造方便，壓緊力大，分為外接式和內(nèi)接式。用于小功率傳動(dòng)，如儀表調(diào)節(jié)裝置等。

2）槽形摩擦輪。因帶有角度為2β的槽，側(cè)面接觸，在同樣壓緊力的條件下，可以增大切向摩擦力，提高傳動(dòng)功率。但易發(fā)熱與磨損，傳動(dòng)效率較低，對(duì)加工和安裝要求較高。適用于鉸車驅(qū)動(dòng)裝置等機(jī)械中。

（2）兩軸相交有圓錐摩擦輪和端面摩檫輪。

1）圓錐摩擦輪。設(shè)計(jì)安裝時(shí)應(yīng)保證軸線的相對(duì)位置正確，錐頂應(yīng)重合，分兩軸垂直與不垂直兩種。常用于大功率摩擦壓力機(jī)。

2）端面摩擦輪。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造方便，壓緊力大；易發(fā)熱與磨損，效率低；對(duì)加工、安裝要求高。分圓柱摩擦輪與圓錐摩擦輪兩種。用于摩擦壓力機(jī)等。

摩擦輪摩擦輪傳動(dòng)的特點(diǎn)

1）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造容易。

2）過(guò)載時(shí)打滑，能夠保護(hù)零件。

3）易于連續(xù)平緩地?zé)o級(jí)變速，具有較大的應(yīng)用范圍。

4）在運(yùn)轉(zhuǎn)中存在滑動(dòng)、傳動(dòng)效率低、傳動(dòng)比不能保持準(zhǔn)確。

5）結(jié)構(gòu)尺寸較大，作用于軸和軸承上的載荷大，承受過(guò)載和沖擊能力差等，因而只適用于傳遞動(dòng)力不大的場(chǎng)合。

摩擦輪摩擦輪傳動(dòng)優(yōu)缺點(diǎn)

由于摩擦傳動(dòng)是在摩擦力的作用下工作的，所以保持兩路案件相互壓緊，由壓緊力在接觸面間產(chǎn)生足夠的法向力是摩擦傳送的最基本條件。

優(yōu)點(diǎn)：（1）制造簡(jiǎn)單、運(yùn)行平穩(wěn)、噪聲很小。（2）過(guò)載時(shí)發(fā)生打滑，故能防止機(jī)器中重要的零件損壞。（3）能無(wú)極的改變傳動(dòng)比。

缺點(diǎn)：（1）效率低。（2）當(dāng)傳遞同樣大的功率時(shí)，輪廓尺寸和作用在軸與軸承上的荷載都比齒輪傳動(dòng)大。（3）不宜傳遞很大功率。（4）不能保持準(zhǔn)確的傳動(dòng)比。（5）干摩擦?xí)r磨損快、壽命低。（6）必須采用壓緊裝置。