惯性摩擦焊和连续摩擦焊的区别.docx

一、 惯性摩擦焊1 惯性摩擦焊的技术特点惯性摩擦焊一般装有飞轮，飞轮可储存旋转的动能，用以提供工件摩擦时需要的能量。惯性摩擦焊在焊接前，将工件分别装入旋转端和滑移端，再将旋转端加速，当旋转端转速达到设定值时，主轴的驱动马达与旋转端分离。滑移端一般由液压伺服驱动，朝旋转端方向移动，工件接触后开始摩擦同时切断飞轮的驱动电机供电;当旋转端的转速下降到一定值时，开始对待焊工件进行顶锻，保持一定时间后，滑移端退出，焊接过程结束。在实际生产中，可通过更换飞轮或组合不同尺寸的飞轮来改变飞轮的转动惯量，从而改变焊接能量及焊接能力。工件经焊接后，有部分材料会被挤出焊缝，造成飞边。一般情况下，焊缝的飞边应被去除。惯性摩擦焊的优点是工艺控制参数少、热输入小、变形小、焊缝窄，是少有的真正能达到6质量水平(缺陷率为百万分之3.4以下)的工艺，尤其适用于焊接异种材料，如粉末合金与高温合金的焊接。惯性摩擦焊的缺点在于设备昂贵，按功率的不同，价格在200万 800万美元之间;工装的设计较复杂，仅限于焊接旋转体的零件，且对截面尺寸有限制。目前国内的惯性摩擦焊机已研究多年，相关摩擦焊机的设计单位，已研发生产出技术成熟的30吨、60吨、130吨、200吨及600吨全系列惯性/连续驱动摩擦焊机，并已广泛应用于石油钻杆、机械及航空等领域，在600吨国内最大惯性摩擦焊机平台基础上已开展了航空发动转子组件焊接工艺研究。相比较国外而言，国内惯性摩擦焊机设备质量可靠，性能稳定，各项静态及动态参数指标均已达到国际同类产品先进水平。国内惯性摩擦焊机设备的价格也大大低于国外同类产品的价格。2 惯性摩擦焊的应用惯性摩擦焊作为一种先进的焊接工艺，已成为先进航空发动机的压气机转子及涡轮部件的主要焊接工艺。为了降低成本，减轻重量，先进航空发动机的压气机转子已基本采用焊接连接代替螺栓连接。这是因为采用焊接结构后，省去了大量的盘与盘之间的连接紧固件，并且减少了转子在螺栓孔处的截面尺寸。同时，采用焊接连接后，还可以消除应力集中的螺栓孔，提高转子的刚性，改进转子的平衡性，提高发动机的工作稳定性。目前，惯性摩擦焊与电子束焊均被应用于转子的焊接，但惯性摩擦焊更具有优势。因为惯性摩擦焊属于固态焊接过程，焊缝及热影响区组织好，可焊接异种金属，焊接过程中不易造成漏焊，缺陷极少(6以上的质量水平)。但惯性摩擦焊设备的一次性投入较高。二、连续摩擦焊连续驱动摩擦焊接时，通常将待焊工件两端分别固定在旋转夹具和移动夹具内，工件被夹紧后，位于滑台上的移动夹具随滑台一起向旋转端移动，移动至一定距离后，旋转端工件开始旋转，工件接触后开始摩擦加热。此后，则可进行不同的控制，如时间控制或摩擦缩短量（又称摩擦变形量）控制。当达到设定值时，旋转停止，顶锻开始，通常施加较大的顶锻力并维持一段时间，然后，旋转夹具松开，滑台后退，当滑台退到原位置时，移动夹具松开，取出工件，至此，焊接过程结束。对于直径为16mm的45号钢，在2000r/min转速、8.6MPa摩擦压力、0.7s摩擦时间和161MPa的顶锻压力下，整个摩擦焊接过程如图10所示。从图中可知，摩擦焊接过程的一个周期可分成摩擦加热过程和顶锻焊接过程两部分。摩擦加热过程又可以分成四个阶段，即初始摩擦、不稳定摩擦、稳定摩擦和停车阶段。顶锻焊接过程也可以分为纯顶锻和顶锻维持两个阶段。摩擦焊接产热摩擦焊接过程中，两工件摩擦表面的金属质点，在摩擦压力和摩擦扭矩的作用下，沿工件径向与切向力的合成方向作相对高速摩擦运动，在界面形成了塑性变形层。该变形层是把摩擦的机械功转变成热能的发热层，它的温度高、能量集中，具有很高的加热效率。（1）摩擦加热功率摩擦加热功率的大小及其随摩擦时间的变化，决定了焊接温度及其温度场的分布，直接影响接头的加热过程、焊接生产率和焊接质量，同时也关系到摩擦焊机的设计与制造。摩擦加热功率就是焊接热源的功率，它的计算与分布如下：对圆形的焊接工件，假设沿摩擦表面半径方向的摩擦压力p和摩擦系数为常数。为了求出功率分布，在摩擦表面上取一半径为r的圆环，该环的宽度为dr（图11），其面积为dA，则dA2rdr，则作用在圆环上的摩擦力为dFpdA2prdr（4）以O点为圆心的摩擦扭矩为dMrdF2pr2dr （5）圆环上的摩擦加热功率为dP1.02dM10-3n （6）摩擦加热功率沿接合面半径R方向上的分布dP/dr如图11所示。加热功率在圆心处为零，在外边缘最大。将式（5）、式（6）积分，可以得到摩擦焊接表面上总的摩擦扭矩和加热功率为M2pR3/3 （7）P210-3pnR3/3 （8）M摩擦扭矩；P摩擦加热功率；p摩擦压力；n工件转速；摩擦系数；r圆环半径；R待焊工件半径。（2）摩擦焊接表面温度摩擦焊接表面的温度会直接影响接头的加热温度、温度分布、摩擦系数、接头金属的变形与扩散。其加热面的温度由摩擦加热功率和散热条件所决定。三、 惯性摩擦焊与连续摩擦焊的区别惯性焊和连续焊焊接过程比较（1）惯性摩擦焊其中一个工件连接到惯性飞轮，另一个被夹紧在非旋转轴向驱动器中。飞轮蓄能和一个工件一起加速到焊接角速度。驱动器脱开，工件在驱动下接触。在接触界面处产生摩擦热，施加轴向力以完成焊接。（2）连续摩擦焊其中一个工件连接到旋转电机驱动器， 另一个固定在轴向运动系统中。一个工件由电机驱动以需要的速度旋转。施加一定的轴向力使工件彼此接触摩擦。达到一定缩锻后电机脱开同时进行快速制动。制动停止后施加更大轴向力保压完成焊接。