摩擦焊工藝研究與應用

    目前我國摩擦焊技術的應用比較廣泛，可焊接直徑3.0～120mm的工件以及8000mm2的大截面管件，同時還開發了相位焊和徑向摩擦焊技術，以及攪拌摩擦焊技術。不僅可焊接鋼、鋁、銅，而且還成功焊接了高溫強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的發展，也加速了摩擦焊技術向這些領域的滲透，進行了航空發動機轉子、起落架結構件、緊固件等材料（Ln718 Ti17 300M GH159 GH4169）以及金屬與陶瓷、復合材料、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品有：鍋爐行業的蛇形管摩擦焊接，閥門行業的閥門法蘭和閥體密封座的摩擦焊接，軸瓦行業的止推邊軸瓦的摩擦焊接，工具行業的鉆頭、銑刀、鉸刀的刃部與柄部的摩擦焊接，汽車及機車行業發動機的雙金屬排氣閥、氣門頂桿、柴油機預熱室噴咀、半軸、扭力管、內燃機增壓器渦輪軸，潛水電泵轉軸，紫銅不銹鋼水接頭，鋁銅過渡接頭，紡織機梭子芯，關節軸承，泥瓦工具，地質鉆桿，石油鉆桿、實心、空心抽油桿，航空發動機集成齒輪，木工多用機床上的刀軸等等。

 
摩擦焊技術發展的展望

    我國摩擦焊技術的發展現狀還很不適應國民經濟高速發展的需要。今后5—10年內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、摩擦焊設備和摩擦焊的應用領域展開更加深入的研究。

1. 材料的焊接性

    主要瞄準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、力學冶金的基礎理論進一步深入研究，拓寬摩擦焊可焊材料領域。

2. 摩擦焊方法

    今后5—10年要加大力度開發一些新的摩擦焊方法，逐步完善并擴大其應用范圍。

（1）相位摩擦焊

    可實現有相位要求的工件的摩擦焊接，擴大了摩擦焊的應用領域。目前生產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。在電控技術和機械技術高度發展的前提下，為大噸位相位摩擦焊機的研制提供了可能。

（2）線性摩擦焊

    線性摩擦焊技術，是兩個工件以一定的頻率和振幅進行往復運動產生熱量進行的焊接，它可以將方形、圓形、多邊形截面的金屬或塑料焊接在一起。它可以焊接更不規則截面的構件，象葉片與渦輪等，以后要深入開展線性摩擦焊機原理、振動系統動力學等的研究，為研制大噸位的性摩擦焊機作準備。

（3）徑向摩擦焊

    徑向摩擦焊由于其引入中間旋轉加壓圓環，不僅改變了摩擦面的方向，焊件也由相對旋轉加壓變為相對固定加壓，它非常適合于長管子的焊接，同時它還可以把薄壁銅環焊接到彈體外壁上，能夠使軍工產品升級換代。今后要加強徑向摩擦焊機理和瞬間大流量液壓系統的研究，為大噸位徑向摩擦焊機的研制奠定理論基礎。

（4）攪拌摩擦焊

    攪拌摩擦焊技術是1991年英國焊接研究所發明的固相連接技術，它在航空、航天、船舶、海洋工業、武器裝備以及高速列車等領域的輕結構制造中的應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理、微觀組織、力學性能和攪拌摩擦焊的核心技術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，特別是要加強異種材料攪拌摩擦的研究，進一步擴大攪拌摩擦焊的工程應用。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. 摩擦焊設備與工程應用

    隨著摩擦焊技術的廣泛應用，摩擦焊設備也得到了迅速的發展，2000年不完全統計全世界共有5000多臺摩擦焊機用于焊接生產。
為了適應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。為適應特種用途還要開發慣性摩擦焊、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。在制造及監控技術方面要本著柔性和自動化來設計。焊機可附加很多自動化設備和加工裝置，從而創造出一個高度柔性和自動化的完整系統，以適應用戶的各種要求。為強化焊接過程質量保證，除了時間控制、變形量控制、能量控制外，還要開發特殊過程控制技術。如摩擦扭矩和聲發射監控技術等。

    為了適應焊接生產的自動化要求，要加強相關技術及外圍設備的研究。如不同類型的去飛邊裝置、機器人或其他上下料裝置、熱處理及無損檢驗技術，工件可在焊前或焊后在焊機上進行機加工，有的甚至可進行CNC加工。使之在生產線上可靠運行。還可與柔性制造系統（FMS）配合使用。

    今后汽車工業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動軸、后橋、排氣閥、氣動制動用凸輪等。在工程機械方面，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，減震器和齒輪泵轉子制造中也可以采用摩擦焊。

    要加大對飛機起落架的管與拉桿的摩擦焊接，直升飛機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、飛機鉤頭螺栓等摩擦焊研究。逐步擴大摩擦焊應用領域。