摩擦焊接工藝簡介

摩擦焊接工藝是利用焊接接觸端面相對運動中相互摩擦所產(chǎn)生的熱，使端部達到熱塑性狀態(tài)，然后迅速頂鍛，完成焊接的一種壓焊方法。國內(nèi)摩擦焊接的種類有:攪拌摩擦焊接和震動摩擦焊接。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，每個工件只需要幾秒，而普通焊接需要數(shù)倍的時間。而且摩擦焊接不產(chǎn)生電焊煙塵和錳、鎳等對人體有害的職業(yè)病危害因素。摩擦焊接工藝的強度也很大，有時甚至比材料本身的強度還要大，也就是當(dāng)外力用力拉扯時，首先斷裂的是沒有焊接的材料本身而不是焊接點。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，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，冷卻后形成連續(xù)焊縫而將兩工件連接成為一體。

在熔焊過程中，如果大氣與高溫的熔池直接接觸，大氣中的氧就會氧化金屬和各種合金元素。大氣中的氮、水蒸汽等進入熔池，還會在隨后冷卻過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方法。例如，氣體保護電弧焊就是用氬、二氧化碳等氣體隔絕大氣，以保護焊接時的電弧和熔池率；又如鋼材焊接時，在焊條藥皮中加入對氧親和力大的鈦鐵粉進行脫氧，就可以保護焊條中有益元素錳、硅等免于氧化而進入熔池，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焊，當(dāng)電流通過兩工件的連接端時，該處因電阻很大而溫度上升，當(dāng)加熱至塑性狀態(tài)時，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是在焊接過程中施加壓力而不加填充材料。多數(shù)壓焊方法如擴散焊、高頻焊、冷壓焊等都沒有熔化過程，因而沒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題，從而簡化了焊接過程，也改善了焊接安全衛(wèi)生條件。同時由于加熱溫度比熔焊低、加熱時間短，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度的優(yōu)質(zhì)接頭。

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

焊接時形成的連接兩個被連接體的接縫稱為焊縫。焊縫的兩側(cè)在焊接時會受到焊接熱作用，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，焊前對焊件接口處預(yù)熱、焊時保溫和焊后熱處理可以改善焊件的焊接質(zhì)量。

另外，焊接是一個局部的迅速加熱和冷卻過程，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)已能焊出無內(nèi)外缺陷的、機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接、搭接、丁字接(正交接)和角接等。

對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，為了焊透而在接邊處開出各種形狀的坡口，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，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用低等因素。

厚度不同的兩塊鋼板對接時，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，達到兩接邊處等厚。對接接頭的靜強度和疲勞強度比其他接頭高。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)先采用對接接頭的焊接。

搭接接頭的焊前準(zhǔn)備工作簡單，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)上時常采用。一般來說，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與搭接接頭的角焊縫相似。當(dāng)焊縫與外力方向垂直時便成為正面角焊縫，這時焊縫表面形狀會引起不同程度的應(yīng)力集中；焊透的角焊縫受力情況與對接接頭相似。

角接頭承載能力低，一般不單獨使用，只有在焊透時，或在內(nèi)外均有角焊縫時才有所改善，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，對于交通運輸工具來說可以減輕自重，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)濟合理的鑄焊結(jié)構(gòu)和鍛焊結(jié)構(gòu)，經(jīng)濟效益很高。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，達到經(jīng)濟、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，以進一步提高焊接質(zhì)量和安全可靠性，如改進現(xiàn)有電弧、等離子弧、電子束、激光等焊接能源；運用電子技術(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械化和自動化水平，如焊機實現(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)控全部過程自動化的專用焊機；在自動焊接生產(chǎn)線上，推廣、擴大數(shù)控的焊接機械手和焊接機器人，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。摩擦輪（四柱輪、圈錐輪、圓盤、圈環(huán)、四球、弧錐輪）傳動、金屬帶傳動。鍵傳動是高副傳動，服帶傳動是低副傳動。

摩擦傳動由于其結(jié)構(gòu)簡單，制造容易、運轉(zhuǎn)平穩(wěn)，噪聲低、過載保護，以及能連續(xù)平滑地調(diào)節(jié)其傳動比，因而有較大的應(yīng)用范圍，成為無級變速傳動的主要元件。但由于摩擦傳動在運動中有滑動（彈性滑動、幾何滑動與打滑）。影響傳動精度，傳動效率較低，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。

摩擦輪摩擦輪傳動的工作原理

摩擦輪傳動是由兩個相互壓緊的摩擦輪組成，利用兩輪直接接觸產(chǎn)生的摩擦力來傳遞運動和動力。分為外接圓柱式和內(nèi)接圓柱式兩種。

摩擦輪摩擦輪傳動的傳動比

主動輪1與從動輪2相互壓緊后，在接觸處P點產(chǎn)生壓緊力，當(dāng)主動輪1逆時針方向回轉(zhuǎn)時，摩擦力即帶動從動輪2順時針方向回轉(zhuǎn)。如果沒有出現(xiàn)打滑現(xiàn)象，那么兩輪在P點的圓周速度應(yīng)相等，即v₁=v₂（m/s）。如圖《摩擦輪傳動比》所示。

因為v₁=πD₁n₁/1000×60、v₂=πD₂n₂/1000×60

所以 i₁₂=n₁/n₂=D₂/D₁

式中 i₁₂——兩摩擦輪的傳動比；

n₁——主、從動輪的轉(zhuǎn)速（r/min）；

n₂——主、從動輪的直徑（mm）。

摩擦輪摩擦輪傳動的類型

根據(jù)兩摩擦輪軸線的相對位置不同，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，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，提高傳動功率。但易發(fā)熱與磨損，傳動效率較低，對加工和安裝要求較高。適用于鉸車驅(qū)動裝置等機械中。

（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)計安裝時應(yīng)保證軸線的相對位置正確，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。

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

摩擦輪摩擦輪傳動的特點

1）結(jié)構(gòu)簡單、制造容易。

2）過載時打滑，能夠保護零件。

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

4）在運轉(zhuǎn)中存在滑動、傳動效率低、傳動比不能保持準(zhǔn)確。

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

摩擦輪摩擦輪傳動優(yōu)缺點

由于摩擦傳動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：（1）制造簡單、運行平穩(wěn)、噪聲很小。（2）過載時發(fā)生打滑，故能防止機器中重要的零件損壞。（3）能無極的改變傳動比。

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