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摩擦焊接
Friction Welding Shop

自主研制160T惯性摩擦焊机

    惯性摩擦焊接又称为旋转焊接可用于同种或不同种金属之间的焊接(连接)。摩擦焊接过程能够实现能量的高效利用,同时不需要消耗焊材、助熔剂或其它保护气体,此外作用过程中不产生烟雾、气体,或其它废物,因此摩擦焊是兼具经济与环保的焊接技术。该技术发展之初,摩擦焊接的部件通常是圆形的,然随着技术的发展,现今可以用于焊接的应用领域及相关零部件材质、尺寸和形状等已经得到了极大的拓展。 
中国摩擦焊接联盟可提供:
直接驱动摩擦焊接(CDFW)、惯性摩擦焊接(IFW)及摩擦塞补焊接(FPW)。

 

 




自主研制拉锻式摩擦塞补焊机

    摩擦焊接技术在1890年开发并进行过成熟的应用,现今,在众多行业及全球市场中被广泛应用及推广。摩擦焊接,通常称为旋转焊接,通过对其作用工艺的控制可实现相似材料或非同种材料(双金属)的复合焊接。摩擦焊接最终可实现整个接合界面100%的焊接,这也就意味着,对于合适的材料其焊接接头或焊接界面强度等同于母材的强度,同时该工艺过程产生了没有空隙的高强度连接界面,接头部位残余应力及焊接热影响区(HAZ)较小;在通常情况下,焊接过程不需要对加工环境有严格的限制要求或需要特别昂贵的工装夹具辅助。
    摩擦焊接的整个工艺过程可简单描述为为旋转,接触,熔合,交叉,粘接,接合。简单的理解来看,摩擦焊接过程为在压力下使一个部件相对于固定部件旋转并接触,通过该动作可在工具,工件之间形成有效的、清洁的焊接界面,并且该动作可产生足够的低温摩擦热,促使至少一种材料在接合界面形成塑性,这种“固态”(非熔化)接合过程通过摩擦运动产生的热量和在两个表面之间施加的载荷而实现材料之间的合并,在这过程尾声,工具旋转快速停止并在预设的压制力下工具、工件被锻造在一起。
 

连续驱动摩擦焊(CDFW)与惯性摩擦焊(IFW)的区别

总体而言,连续(直接)驱动和惯性驱动摩擦焊接过程都是通过在压力作用下使一个部件相对于固定部件旋转进而提供形成高质量的接合过程所需能量,其中差异在于当压力作用后焊接能量来源、转速及压力调制过程。

 


连续(直接)驱动摩擦焊(Continue Drive Friction Welding)

焊接过程能量由与机床主轴直接连接的电动机提供。该能量源相对于时间是无限的,并且被持续的施加到界面材料,直至工件、工具获得适当的总热量输入或达到塑性状态;在此过程中,当压力变化时,形成缩锻的速度或缩锻量在单位时间内恒定,当达到所需的塑性状态时,停止工具旋转,之后施加锻造负荷以完成接合过程,使部件一体化;在惯性摩擦焊接过程中,单位时间内可以实现更大的总热量输入,这样可降低焊接过程中核心区域的冷却循环速率。

 


惯性摩擦焊接(Inertia Friction Welding)

能量由存储在旋转系统中的惯性能提供。在惯性储能系统中可用的能量是有限的,为满足焊接接头的要求,惯量、转速和压力构成焊接过程的特定参数。具体作用过程中,当惯性飞轮达到设定的转速时,动能被传递到惯性飞轮(部件)中形成系统总能量,进而对工具、工件施加恒定的锻造压力直到达到塑性状态,当达到部件焊接所需的总缩锻量时,工具旋转由于给定的压力而停止;基于以上作用过程,惯性摩擦焊接转速通常高于连续(直接)驱动摩擦焊接,在整个焊接循环过程中,惯性摩擦焊大部分缩锻量产生于焊接循环周期的末端。

 


 

焊接系统设置示意图

(a)惯性摩擦焊;(b)连续驱动摩擦

焊接过程参数比较图

(a)惯性摩擦焊;(b)连续驱动摩擦

惯性摩擦焊焊接过程详解

惯性摩擦焊焊接钻杆案例图



(a)初始接触(b)过渡阶段(c)锻造

 


摩擦焊接优势


●低成本的焊接生产替代解决方案。
●在部件制造各个阶段(含成品、半成品、原料等)都能够实现圆形或更加复杂形状零件的焊接。
●减少制造过程材料消耗,用接近最后成品形状、尺寸工件焊接制造,从而节约制造成本。
●基于满足客户需求优化制造和加工工艺,以降低材料、模具成本、研发成本,减轻重量或降低加工
  成本为目标。
●基于满足客户需求优化制造和加工工艺,以提高产品质量及生产效率为目标。
●可轻松实现设计部件钢铁和轻有色金属组合焊接。
●实现非同种金属的组合焊接。
●可实现粉末冶金部件可与其他粉末冶金材料、锻件、铸造或锻造材料的组合焊接。
●高焊接生产效率。
●焊接接头强度可等于或大于母材。
●焊接过程接缝表面自动清洁,减少或消除接缝表面准备时间及相应成本。
●焊接接头准备并不重要复杂的机加工过程,一般加工、锯切,甚至剪切的表面都是满足焊接条件的。
●焊接接头完整且非常可靠。
●可降低原来采用复杂锻件/铸件生产零件的成本。
●高的焊接精度和焊接过程可重复性。
●焊接金属接头100%保留母体材质特性。
低焊接应力
●采用摩擦焊生产的组合件可比其他焊接方法生产的组合件质量更轻且强度更高。
●焊接过程环保,无烟雾产生。
●基于摩擦焊接生产工艺,可简化组合零部件的设计。
●双金属(或多金属)零件设计可选择用较便宜的材料代替昂贵的。
●焊接过程不需要填充金属,焊剂或保护气体。
●焊接操作可选择手动装载或自动装载。
●焊接接头可以承受大的温度波动变化。
●废品率低。
热影响区域小(HAZ)。
●还有更多....

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