摩擦焊的原理及步骤

摩擦焊是利用工件接触面摩擦产生的热量作为热源，使工件在压力作用下产生塑性变形的焊接方法。

在恒定或增加压力和扭矩的作用下，焊接接触端在摩擦表面及其邻近区域的相对运动产生摩擦热和塑性变形热，其附近区域的温度升高到接近熔点但一般低于熔点的温度范围，材料的变形阻力降低，塑性增大，界面氧化膜断裂。在顶锻压力、塑性变形和材料流动的作用下，通过界面的分子扩散和再结晶实现焊接方法。

原理

在焊接之前，待焊接的一对工件中的一个被夹紧在旋转夹具中，这被称为旋转工件，而另一个被夹紧在移动夹具中，这被称为移动工件。焊接时，旋转的工件在电机的驱动下开始高速旋转，移动的工件在轴向力的作用下逐渐靠近旋转的工件。两侧工件接触压紧后，摩擦界面上的微小凸体首先被粘接剪切，产生摩擦热。随着实际接触面积的增加，摩擦力矩迅速增大，摩擦界面温度也随之升高，摩擦界面逐渐被一层高温粘塑性金属覆盖。此时，两侧工件的相对运动实际上已经发生在粘塑性金属层中，并且生热机制已经从最初的摩擦生热变为粘塑性金属层中的塑性变形生热。在热激活的作用下，这一层粘塑性金属发生动态再结晶，降低了变形阻力，因此摩擦力矩增加到相应程度(以前的峰值力矩)，然后逐渐减小。随着摩擦热对工件的传导，焊接表面两侧温度也逐渐升高，在轴向压力作用下，焊接区金属呈径向塑性流动，形成飞边，轴向缩短量逐渐增加。

随着摩擦时间的增加，摩擦界面温度和摩擦力矩基本不变，温度分布区域逐渐变宽，闪变逐渐增大，对焊接电缆、焊接铜轮、滚焊轮的质量要求增加。这个阶段称为准稳定摩擦阶段。在这个阶段，摩擦压力和转速保持不变。当摩擦焊接区的温度分布和变形达到相应程度时，制动开始，轴向力迅速上升到设定的镦粗压力。此时，轴向缩短迅速增加，并且随着界面温度的降低，摩擦压力增加，并且出现摩擦扭矩的峰值，即后峰值扭矩。在顶锻和顶锻过程中，焊区金属通过扩散和再结晶焊接在一起。在整个焊接过程中，摩擦界面温度一般不超过熔点，所以摩擦焊接是固态焊接。

步骤

摩擦焊通常由以下四个步骤组成:1.机械能转化为热能；2.材料的塑性变形；3.热塑性下的锻造压力:4.分子间扩散再结晶。

摩擦焊与传统熔焊的区别在于，在整个焊接过程中，当能量增加时，待焊接金属的温度不会达到其熔点，即金属是在热塑性状态下实现的锻造状固相连接。

与传统焊接相比，摩擦焊接具有较高的焊接接头质量-可以实现焊接强度和基体材料强度，焊接效率高，质量稳定，一致性好，可以实现异种材料的焊接。