本文目录

1. 摩擦焊接的作用
2. 摩擦焊接谁发明的
3. 摩擦焊技术的发展前景怎么样
4. 什么是搅拌摩擦焊***搅拌摩擦焊有哪些特点
5. 搅拌摩擦焊的优缺点

一、摩擦焊接的作用

利用焊件接触端面相互摩擦所产生的热，使端面达到热塑性状态，然后迅速施加顶锻力，实现焊接的一种固相压焊方法。

摩擦焊具有以下优点：

（1）焊接质量稳定，焊件尺寸精度高，接头废品率低于电阻对焊和闪光对焊。

（2）焊接生产率高，比闪光对焊高5～6倍。

（3）适于焊接异种金属，如碳素钢、低合金钢与不锈钢、高速钢之间的连接，铜-不锈钢、铜-铝、铝-钢、钢-锆等之间连接。

（4）加工费用低，省电，焊件无需特殊清理。

（5）易实现机械化和自动化，操作简单，焊接工作场地无火花，弧光及有害气体。

缺点：靠工件旋转实现，焊接非圆截面较困难。盘状工件及薄壁管件，由于不易夹持也很难焊接。受焊机主轴电机功率的限制，目前摩擦焊可焊接的最大截面为20000mm2。摩擦焊机一次性投资费用大，适于大批量生产。

应用：异种金属和异种钢产品，如电力工业中的铜-铝过渡接头，金属切削用的高速钢-结构钢刀具等；结构钢产品，如电站锅炉蛇形管、阀门、拖拉机轴瓦等。

二、摩擦焊接谁发明的

搅拌摩擦焊技术是英国焊接研究所（TheWeldingInstitute，简称TWI）于1991年发明的，并于次年在英国申请了发明专利，同时陆续在世界各国申请了专利保护。得到专利保护并公开以来，搅拌摩擦焊技术首先并主要在铝合金、镁合金等轻金属结构领域得到越来越广泛的应用，同时在高熔点材料领域也获得了一定发展。

搅拌摩擦焊除了具有普通摩擦焊技术的优点外，还可以进行多种接头形式和不同焊接位置的连接。挪威已建立了世界上第一个搅拌摩擦焊商业设备，可焊接厚3—15mm、尺寸6×16的Al船板；1998年美国波音公司的空间和防御实验室引进了搅拌摩擦焊技术，用于焊接某些火箭部件；麦道公司也把这种技术用于制造Delta运载火箭的推进剂贮箱。

三、摩擦焊技术的发展前景怎么样

利用摩擦热焊接起源于一百多年前，此后经半个多世纪的研究发展，摩擦焊技术才逐渐成熟起来，并进入推广应用阶段。自从上世纪五十年代摩擦焊真正焊出合格焊接接头以来，就以其优质、高效、低耗环保的突出优点受到所有工业强国的重视。我国的摩擦焊研究始于1957年，发源地是哈尔滨焊接研究所，是世界上最早开展摩擦焊研究的几个国家之一，取得了很多引人注目的成果。

摩擦焊技术的主要优点归结为如下几个方面：

(1)接头质量好且稳定。焊接过程由机器控制，参数设定后容易监控，重复性好，不依赖于操作人员的技术水平和工作态度。焊接过程不发生熔化，属固相热压焊，接头为缎造组织，因此焊缝不会出现气孔、偏析和夹杂，裂纹等铸造组织的结晶缺陷，焊接接头强度远大于熔焊、钎焊的强度，达到甚至超过母材的强度；

(2)效率高。对焊件准备通常要求不高，焊接设备容易自动化，可在流水线上生产，每件焊接时间以秒计，一般只需零点几秒至几十秒，是其它焊接方法如熔焊、钎焊不能相比的；

(3)节能、节材、低耗。所需功率仅及传统焊接工艺的1/5～1/15，不需焊条、焊剂、钎料、保护气体，不需填加金属，也不需消耗电极；

(4)焊接性好。特别适合异种材料的焊接，与其它焊接方法相比，摩擦焊有得天独厚的优势，如钢和紫铜、钢和铝、钢和黄铜等等；

(5)环保，无污染。焊接过程不产生烟尘或有害气体，不产生飞溅，没有孤光和火花，没有放射线。

由于以上这些优点，摩擦焊技术被誉为未来的绿色焊接技术。

摩擦焊技术在国内的发展及应用状况

经过几十年的发展，摩擦焊技术在国内目前已经具备了包括工艺、设备、控制、检验等整套完备的专业技术规模，并且在基础理论研究上也形成了一定的独立体系。

1摩擦焊工艺研究与应用

目前我国摩擦焊技术的应用比较广泛，可焊接直径3.0～120mm的工件以及8000mm?的大截面管件，同时还开发了相位焊和径向摩擦焊技术，以及搅拌摩擦焊技术。不仅可焊接钢、铝、铜，而且还成功焊接了高温强度级相差很大的异种钢和异种金属，以及形成低熔点共晶和脆性化合物的异种金属。如高速钢—碳钢、耐热钢—低合金钢、高温和金—合金钢、不锈钢—低碳钢、不锈钢—电磁铁以及铝—铜、铝—钢等。近年来随着我国航空航天事业的发展，也加速了摩擦焊技术向这些领域的渗透，进行了航空发动机转子、起落架结构件、紧固件等材料（Ln718Ti17300MGH159GH4169）以及金属与陶瓷、复合材料、粉末高温合金的摩擦焊工艺试验研究，某些电工材料的钎焊工艺也开始用摩擦焊接所取代。如电磁铁—不锈钢、钨铜合金等。目前我国采用摩擦焊接方法焊接的产品有：锅炉行业的蛇形管摩擦焊接，阀门行业的阀门法兰和阀体密封座的摩擦焊接，轴瓦行业的止推边轴瓦的摩擦焊接，工具行业的钻头、铣刀、铰刀的刃部与柄部的摩擦焊接，汽车及机车行业发动机的双金属排气阀、气门顶杆、柴油机预热室喷咀、半轴、扭力管、内燃机增压器涡轮轴，潜水电泵转轴，紫铜不锈钢水接头，铝铜过渡接头，纺织机梭子芯，关节轴承，泥瓦工具，地质钻杆，石油钻杆、实心、空心抽油杆，航空发动机集成齿轮，木工多用机床上的刀轴等等。

2理论研究及工程应用

我国科技人员对摩擦焊接表面高温塑性金属层的形成、流动、扩展和焊接接头形成机理，摩擦焊接的能量转换及过程控制，大截面石油钻杆摩擦焊接工艺和强韧性控制，摩擦焊接接头灰斑缺陷形成机制及焊接接头断口形貌与断裂应变，铝—铜薄壁管摩擦焊接机理与接头性能和焊缝化合物相形成机制等方面进行了较深入地基础理论研究工作。

在工程应用上针对急待解决的一系列问题开展了摩擦焊技术研究的课题。其中摩擦焊接头形变热处理的工艺试验研究是一项有代表性的应用科学研究工作，这项研究率先在摩擦焊领域中引入形变强化与相变强化相结合通过改变传统的连续驱动摩擦焊过程，把焊接工艺同焊后热处理工艺实行工序兼并，利用焊接余热和刹车能耗在摩擦焊机上直接对摩擦焊接头进行形变热处理，机上配备的热处理装置可以更有效地实现相变条件的控制，这样就可以把摩擦焊过程中高温形变引入的大量位错等用淬火相变牢固地钉扎住，充分发挥形变强化与相变强化的双重作用取得的以往用单一方法不能达到的强韧化效果。实现了在不降低接头强度的前提下，韧性超过调质母材的水平，这套技术不仅提高了焊接质量而且简化了工艺，减少了焊后热处理的加热次数，降低了成本。该项研究成果处于世界领先地位，目前在抽油杆、油管的生产和钻杆的修复上进行了推广应用。为控制铝—铜过渡接头脆性层的产生，研究了低温摩擦焊并应用于生产。近年来对超塑性温度范围内相变温度以下摩擦焊进行了研究，并取得了阶段性成果；在焊接质量监控方面，先后研制了摩擦焊功率极值控制仪及微机质量监控装置。微机质量监控装置是对焊接过程的轴向压力、主轴转速、摩擦扭矩、焊件轴向缩短量、时间、焊接温度及形变热处理温度等影响焊接接头质量的主要参数的变化进行监控。在新材料的焊接性，摩擦焊接信息过程与传感技术，摩擦焊接参数计算和实时监测与闭环控制，摩擦焊缝缺陷形成机制与力学行为，摩擦焊接头强韧性控制，摩擦焊接物理参量场（温度场，应力应变场）数值模拟，以及高速摄影、频谱分析等相关试验技术等方面也开展了较系统深入的研究工作。

近几年来搅拌摩擦焊技术也引起了我国科技工作者的高度重视，先后开展了对铝合金（如防锈铝、锻铝、硬铝、超硬铝等）、紫铜、PVC塑料等材料的搅拌摩擦焊研究，同时还在积极开展钛合金、镁合金和黑色金属的搅拌摩擦焊工艺研究，同时对搅拌摩擦焊的机理、微观组织、力学性能和搅拌摩擦焊的核心技术搅拌头等都展开了深入的研究。并取得了一定的工程应用。

3摩擦焊机的生产与相关技术

我国现有六百余台摩擦焊机，绝大部分是连续驱动摩擦焊机。近年来由于加强了与德国KUKA、日东株氏会社、美国MTI公司等摩擦焊机制造公司的交流与引进样机，焊机先后采用了液压马达驱动的主轴系统，串联轴承组——平衡油缸液力平衡旋转活塞，多片式粉末冶金涂层离合器，滚动导轨和可编程序控制器（PLC）控制等多项先进技术，使焊机制造水平有了较大的提高。

随着实际生产的需要。国内对于其它型式的摩擦焊机也进行了研制，如长春焊接设备厂研制了小吨位的惯性焊机，相位摩擦焊机，哈尔滨焊接研究所研制了具有形变热处理功能带机上淬火装置及自动去飞边装置的混合式摩擦焊机，变频调速相位摩擦焊机。哈尔滨量具刃具厂研制了20T双头摩擦焊机，中国兵器工业第五九研究所研制了小吨位径向摩擦焊机，北京赛福斯特技术有限公司研制了系列搅拌摩擦焊机等等，这些焊机有的技术指标和制造水平已达到或接近国外同类焊机的水平。

面对国内市场的需要，摩擦焊机的生产也在向系列化方向发展，目前国内生产的焊机最大吨位是1250kN，最小是5KN。总之，在国内的焊机系列中，变型少，品种也比较单一，还没有巨型机和微型机。与焊机相配套的去飞边装置，自动上下料装置，焊后热处理，无损检测装置等虽有不同的类型，但是这些还比较专业化，没有形成标准通用的系列，有待不断的完善。我国也有了自己的摩擦焊机行业标准，随着制造技术的提高，这个标准也将有待向着较高水平方向修订。

摩擦焊技术发展的展望

我国摩擦焊技术的发展现状还很不适应国民经济高速发展的需要。今后5—10年内我国的摩擦焊工作者还要在材料的焊接性、摩擦焊的焊接方法、摩擦焊设备和摩擦焊的应用领域展开更加深入的研究。

1材料的焊接性

主要瞄准那些难以熔焊的及新兴的焊接材料的焊接，象钛合金与不锈钢的摩擦焊接、钛与铝的摩擦焊接、纯钛与纯铜的摩擦焊接、高熔点材料的摩擦焊接、轻金属的摩擦焊接、粉末合金材料的摩擦焊接、新兴材料的摩擦焊接、铸造合金的摩擦焊接、钢材与活性金属的摩擦焊接等等材料的摩擦焊接性研究。对材料摩擦焊接物理、化学、力学冶金的基础理论进一步深入研究，拓宽摩擦焊可焊材料领域。

2摩擦焊方法

今后5—10年要加大力度开发一些新的摩擦焊方法，逐步完善并扩大其应用范围。

（1）相位摩擦焊

可实现有相位要求的工件的摩擦焊接，扩大了摩擦焊的应用领域。目前生产中对如六方形断面的零件、八方钢、汽车操作杆、花键轴、拨叉、两端带法兰的轴等均要求采用相位摩擦焊。在电控技术和机械技术高度发展的前提下，为大吨位相位摩擦焊机的研制提供了可能。

（2）线性摩擦焊

线性摩擦焊技术，是两个工件以一定的频率和振幅进行往复运动产生热量进行的焊接，它可以将方形、圆形、多边形截面的金属或塑料焊接在一起。它可以焊接更不规则截面的构件，象叶片与涡轮等，以后要深入开展线性摩擦焊机原理、振动系统动力学等的研究，为研制大吨位的性摩擦焊机作准备。

（3）径向摩擦焊

径向摩擦焊由于其引入中间旋转加压圆环，不仅改变了摩擦面的方向，焊件也由相对旋转加压变为相对固定加压，它非常适合于长管子的焊接。

四、什么是搅拌摩擦焊***搅拌摩擦焊有哪些特点

搅拌摩擦焊的定义

搅拌摩擦焊是搅拌头高速旋转并与被焊工件摩擦，产生热量形成热塑性层，搅拌头与工件相对运动，在搅拌头前面不断形成的热塑性金属转移到搅拌头后面，填满后面的空腔，从而形成连接的方法。

搅拌头由特型指棒、夹持器和圆柱体组成。焊接开始时，搅拌头高速旋转，特型指棒迅速钻入被焊板材的焊缝，与特型指棒接触处的金属摩擦生热，形成了很薄的热塑性层。当特型指棒钻入工件表面以下时，部分金属被挤出表面，轴肩与被焊工件表面摩擦产生热量。又由于背面垫板的密封作用，不断地产生热塑性金属形成焊缝。在整个过程中空腔的产生于填满连续进行，焊缝区金属经历这被挤压、摩擦生热、塑性变形、转移、扩散、再结晶等过程。

搅拌摩擦焊的特点

搅拌摩擦焊除了可以焊接普通熔焊方法难以焊接的材料外，还有以下优点

1）焊接温度低，即使在长焊缝情况下也是如此。

2）固相连接，不产生类似熔焊街头的铸造组织缺陷。接头各种力学性能，比如疲劳、弯曲、拉伸等指标好。

3）焊前、焊后辅助修补工时较少，生产成本大幅度降低。焊接过程中的搅拌和摩擦可有效去除工件表面氧化膜及附着杂质，减少了清理步骤。

4）焊接过程不需要添加保护气体和焊料。

5）能够进行全位置焊接，适应性好，效率高，

操作简单，易于实现自动化。

6）无烟尘、辐射、飞溅、噪声及弧光等有害物质产生，是一种环保型链接方法。

五、搅拌摩擦焊的优缺点

优点

1.焊接质量好而且稳定。锅炉蛇形管和汽车排气门摩擦焊的废品率由闪光焊的10%和1.4%分别下降到0.01%。焊件尺寸精度高。焊接的柴油机预燃室全长的最大误差为±0.1%mm。

2.焊接生产率高。发动机排气门双头自动摩擦焊的生产率可达800-1200件/h。

3.能焊接异种钢和异种金属。

4.生产费用低，由于焊机功率小，焊接时间短，故可节省电能。摩擦焊与闪光焊比较，节省电能80-90%左右。此外，工件焊接余量小；焊前不需特殊加工清理；有时焊接飞边不必去除；不需填充材料和保护气体等。

5.摩擦焊容易实现机械化和自动化。操作简单，容易掌握和维护。工作场地卫生好，没有火花弧光及有害气体。

缺点

摩擦焊主要是一种工件旋转的对焊方法。对于非圆形横断面工件的焊接很困难。盘状工件和薄壁管件，由于不容易夹固也很难焊接。