摩擦焊接的發(fā)展現(xiàn)狀與前景

摩擦焊工藝研究與應(yīng)用

    目前我國摩擦焊技術(shù)的應(yīng)用比較廣泛，可焊接直徑3.0～120mm的工件以及8000mm2的大截面管件，同時還開發(fā)了相位焊和徑向摩擦焊技術(shù)，以及攪拌摩擦焊技術(shù)。不僅可焊接鋼、鋁、銅，而且還成功焊接了高溫強(qiáng)度級相差很大的異種鋼和異種金屬，以及形成低熔點共晶和脆性化合物的異種金屬。如高速鋼—碳鋼、耐熱鋼—低合金鋼、高溫和金—合金鋼、不銹鋼—低碳鋼、不銹鋼—電磁鐵以及鋁—銅、鋁—鋼等。近年來隨著我國航空航天事業(yè)的發(fā)展，也加速了摩擦焊技術(shù)向這些領(lǐng)域的滲透，進(jìn)行了航空發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)子、起落架結(jié)構(gòu)件、緊固件等材料（Ln718 Ti17 300M GH159 GH4169）以及金屬與陶瓷、復(fù)合材料、粉末高溫合金的摩擦焊工藝試驗研究，某些電工材料的釬焊工藝也開始用摩擦焊接所取代。如電磁鐵—不銹鋼、鎢銅合金等。目前我國采用摩擦焊接方法焊接的產(chǎn)品有：鍋爐行業(yè)的蛇形管摩擦焊接，閥門行業(yè)的閥門法蘭和閥體密封座的摩擦焊接，軸瓦行業(yè)的止推邊軸瓦的摩擦焊接，工具行業(yè)的鉆頭、銑刀、鉸刀的刃部與柄部的摩擦焊接，汽車及機(jī)車行業(yè)發(fā)動機(jī)的雙金屬排氣閥、氣門頂桿、柴油機(jī)預(yù)熱室噴咀、半軸、扭力管、內(nèi)燃機(jī)增壓器渦輪軸，潛水電泵轉(zhuǎn)軸，紫銅不銹鋼水接頭，鋁銅過渡接頭，紡織機(jī)梭子芯，關(guān)節(jié)軸承，泥瓦工具，地質(zhì)鉆桿，石油鉆桿、實心、空心抽油桿，航空發(fā)動機(jī)集成齒輪，木工多用機(jī)床上的刀軸等等。

 
摩擦焊技術(shù)發(fā)展的展望

    我國摩擦焊技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀還很不適應(yīng)國民經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展的需要。今后5—10年內(nèi)我國的摩擦焊工作者還要在材料的焊接性、摩擦焊的焊接方法、摩擦焊設(shè)備和摩擦焊的應(yīng)用領(lǐng)域展開更加深入的研究。

1. 材料的焊接性

    主要瞄準(zhǔn)那些難以熔焊的及新興的焊接材料的焊接，象鈦合金與不銹鋼的摩擦焊接、鈦與鋁的摩擦焊接、純鈦與純銅的摩擦焊接、高熔點材料的摩擦焊接、輕金屬的摩擦焊接、粉末合金材料的摩擦焊接、新興材料的摩擦焊接、鑄造合金的摩擦焊接、鋼材與活性金屬的摩擦焊接等等材料的摩擦焊接性研究。對材料摩擦焊接物理、化學(xué)、力學(xué)冶金的基礎(chǔ)理論進(jìn)一步深入研究，拓寬摩擦焊可焊材料領(lǐng)域。

2. 摩擦焊方法

    今后5—10年要加大力度開發(fā)一些新的摩擦焊方法，逐步完善并擴(kuò)大其應(yīng)用范圍。

（1）相位摩擦焊

    可實現(xiàn)有相位要求的工件的摩擦焊接，擴(kuò)大了摩擦焊的應(yīng)用領(lǐng)域。目前生產(chǎn)中對如六方形斷面的零件、八方鋼、汽車操作桿、花鍵軸、撥叉、兩端帶法蘭的軸等均要求采用相位摩擦焊。在電控技術(shù)和機(jī)械技術(shù)高度發(fā)展的前提下，為大噸位相位摩擦焊機(jī)的研制提供了可能。

（2）線性摩擦焊

    線性摩擦焊技術(shù)，是兩個工件以一定的頻率和振幅進(jìn)行往復(fù)運(yùn)動產(chǎn)生熱量進(jìn)行的焊接，它可以將方形、圓形、多邊形截面的金屬或塑料焊接在一起。它可以焊接更不規(guī)則截面的構(gòu)件，象葉片與渦輪等，以后要深入開展線性摩擦焊機(jī)原理、振動系統(tǒng)動力學(xué)等的研究，為研制大噸位的性摩擦焊機(jī)作準(zhǔn)備。

（3）徑向摩擦焊

    徑向摩擦焊由于其引入中間旋轉(zhuǎn)加壓圓環(huán)，不僅改變了摩擦面的方向，焊件也由相對旋轉(zhuǎn)加壓變?yōu)橄鄬潭訅海浅＿m合于長管子的焊接，同時它還可以把薄壁銅環(huán)焊接到彈體外壁上，能夠使軍工產(chǎn)品升級換代。今后要加強(qiáng)徑向摩擦焊機(jī)理和瞬間大流量液壓系統(tǒng)的研究，為大噸位徑向摩擦焊機(jī)的研制奠定理論基礎(chǔ)。

（4）攪拌摩擦焊

    攪拌摩擦焊技術(shù)是1991年英國焊接研究所發(fā)明的固相連接技術(shù)，它在航空、航天、船舶、海洋工業(yè)、武器裝備以及高速列車等領(lǐng)域的輕結(jié)構(gòu)制造中的應(yīng)用研究得到廣泛開展。同時也引起了我國科技工作者的高度重視，先后開展了一些攪拌摩擦焊的研究工作，今后要對攪拌摩擦焊的機(jī)理、微觀組織、力學(xué)性能和攪拌摩擦焊的核心技術(shù)攪拌頭等展開更加深入的研究。拓展攪拌摩擦的材料焊接范圍，特別是要加強(qiáng)異種材料攪拌摩擦的研究，進(jìn)一步擴(kuò)大攪拌摩擦焊的工程應(yīng)用。同時還要對摩擦堆焊、第三體摩擦焊和嵌入摩擦焊開展研究。

3. 摩擦焊設(shè)備與工程應(yīng)用

    隨著摩擦焊技術(shù)的廣泛應(yīng)用，摩擦焊設(shè)備也得到了迅速的發(fā)展，2000年不完全統(tǒng)計全世界共有5000多臺摩擦焊機(jī)用于焊接生產(chǎn)。
為了適應(yīng)大型和特殊部件的焊接，要研制我國的大型和微型的摩擦焊機(jī)。為適應(yīng)特種用途還要開發(fā)慣性摩擦焊、徑向摩擦焊，攪拌摩擦焊、雙頭摩擦焊，立式摩擦焊及水下摩擦焊等多種特種摩擦焊機(jī)。在制造及監(jiān)控技術(shù)方面要本著柔性和自動化來設(shè)計。焊機(jī)可附加很多自動化設(shè)備和加工裝置，從而創(chuàng)造出一個高度柔性和自動化的完整系統(tǒng)，以適應(yīng)用戶的各種要求。為強(qiáng)化焊接過程質(zhì)量保證，除了時間控制、變形量控制、能量控制外，還要開發(fā)特殊過程控制技術(shù)。如摩擦扭矩和聲發(fā)射監(jiān)控技術(shù)等。

    為了適應(yīng)焊接生產(chǎn)的自動化要求，要加強(qiáng)相關(guān)技術(shù)及外圍設(shè)備的研究。如不同類型的去飛邊裝置、機(jī)器人或其他上下料裝置、熱處理及無損檢驗技術(shù)，工件可在焊前或焊后在焊機(jī)上進(jìn)行機(jī)加工，有的甚至可進(jìn)行CNC加工。使之在生產(chǎn)線上可靠運(yùn)行。還可與柔性制造系統(tǒng)（FMS）配合使用。

    今后汽車工業(yè)將成為摩擦焊最具活力的市場，使用摩擦焊焊接的零部件有渦輪增壓器，安全氣囊的增壓泵，變速器和齒輪箱的驅(qū)動軸、后橋、排氣閥、氣動制動用凸輪等。在工程機(jī)械方面，摩擦焊主要用來焊接液壓傳動部件，如液壓缸，活塞桿，尤其是法蘭與閥體的焊接，另外在履帶支重輪，減震器和齒輪泵轉(zhuǎn)子制造中也可以采用摩擦焊。

    要加大對飛機(jī)起落架的管與拉桿的摩擦焊接，直升飛機(jī)起落架旋翼主傳動軸的合金齒輪與高鎳合金鋼管軸、雙金屬鉚釘、飛機(jī)鉤頭螺栓等摩擦焊研究。逐步擴(kuò)大摩擦焊應(yīng)用領(lǐng)域。