什么是摩擦焊？- 工作和应用

什么是摩擦焊？

摩擦焊是一种固态焊接技术，它通过工件之间的相对运动的机械摩擦产生热量来焊接工件，并添加一个称为“镦粗”的侧向力，使材料发生塑性位移和熔合。

因为不发生熔化，所以摩擦焊不是一种熔焊工艺，而是一种更像锻焊的固态焊接技术。摩擦焊接在各种航空和汽车应用中与金属和热塑性塑料一起使用。

实际上，表面光滑的表面由许多称为凹凸的微观突起组成。当一个表面相对于另一个表面移动时，这些粗糙度相互作用，产生摩擦力来抵抗两个或多个相互作用表面之间的运动。

这些凹凸不平通过弹性和塑性屈服相互作用产生热量。摩擦焊接利用这种现象进行连接应用。摩擦焊接的诱导机械运动会产生热量，导致被连接的材料软化并变得粘稠。在软化状态下，该过程的机械运动将材料混合以形成粘合。

摩擦热和材料混合发生的方式很大程度上取决于所使用的摩擦焊接工艺，其中有四种主要工艺：搅拌摩擦焊 (FSW)、搅拌摩擦点焊 (FSSW)、线性摩擦焊 (LFW)和旋转摩擦焊（RFW）。

摩擦焊是如何工作的？

FSW 使用非消耗性工具进行工作，该工具旋转并插入两个工件的界面。然后工具通过界面移动，摩擦热导致材料加热和软化。

然后旋转工具机械地混合软化的材料以产生粘合。 FSSW 是 FSW 的一种变体，其工作原理是将非消耗性工具旋转、插入和缩回成搭接配置的两个工件，以进行“点”焊。在 FSSW 期间，刀具不会穿过工件。

LFW 和 RFW 不需要非消耗性工具，即要连接的单个工件用于产生摩擦热和机械混合。 LFW 的工作原理是在压力作用下使一个工件相对于另一个工件线性摆动。

振荡表面之间的摩擦产生热量，导致界面材料软化并机械混合。 RFW 与 LFW 相似，只是工件通常是圆形的并且彼此相对旋转。在 LFW 和 RFW 期间，工件通常会在压缩力的方向上缩短（“烧掉”），从而形成飞边。

在烧毁界面过程中，氧化物和外来颗粒等污染物被排入闪光中。一旦没有污染物，就会发生纯金属与金属的混合，从而形成整体结合。尽管摩擦焊接过程中产生的温度非常高，但材料仍处于固态状态（即不会发生熔化）。

应用程序

摩擦焊接可用于制造更好的工业辊、管和轴。该工艺通常用于为工业打印机、材料处理设备以及汽车、航空航天、船舶和石油应用制造这些组件。

其他组件示例包括齿轮、轴管、传动系统、阀门、液压活塞杆、卡车滚轮衬套、泵轴、钻头、连杆等。

摩擦焊的优点

• 能够连接通常不适合通过其他连接方法进行焊接的不同材料。
• 创建狭窄的热影响区
• 完全金属熔合的一致和重复过程
• 只需极少的关节准备 - 最常用的锯切面
• 更快的周转时间 - 与目前 6 个月或更长时间的锻件的较长交货时间相比。
• 大大增加了设计的灵活性——为毛坯的每个区域选择合适的材料
• 适用于各种数量 - 从单一原型到大批量生产
• 无需助焊剂、填充材料或气体
• 环保工艺 - 不产生烟雾、气体或烟雾
• 固态过程 - 没有孔隙或夹渣的可能性
• 无需昂贵的工具或最低数量要求即可创建类似铸造或锻造的毛坯
• 减少加工劳动力，从而降低易腐烂的工具成本，同时提高产能
• 全表面焊接在关键区域提供卓越的强度
• 降低双金属应用的原材料成本。昂贵的材料只在空白处使用。

摩擦焊接的缺点

• 此过程仅用于相同横截面的圆钢。
• 仅限于有角和扁平的对接接头。
• 设置成本非常高。
• 工件准备困难。
• 不可锻造的材料不能焊接。
• 只能用于较小的机器零件；大部件与它不兼容。

摩擦焊接视频