在焊接之前,待焊接的一對(duì)工件中的一個(gè)被夾緊在旋轉(zhuǎn)夾具中,這被稱為旋轉(zhuǎn)工件,而另一個(gè)被夾緊在移動(dòng)夾具中,這被稱為移動(dòng)工件。焊接時(shí),旋轉(zhuǎn)的工件在電機(jī)的驅(qū)動(dòng)下開始高速旋轉(zhuǎn),移動(dòng)的工件在軸向力的作用下逐漸靠近旋轉(zhuǎn)的工件。兩側(cè)工件接觸壓緊后,摩擦界面上的微小凸體首先被粘接剪切,產(chǎn)生摩擦熱。隨著實(shí)際接觸面積的增加,摩擦力矩迅速增大,摩擦界面溫度也隨之升高,摩擦界面逐漸被一層高溫粘塑性金屬覆蓋。此時(shí),兩側(cè)工件的相對(duì)運(yùn)動(dòng)實(shí)際上已經(jīng)發(fā)生在粘塑性金屬層中,并且生熱機(jī)制已經(jīng)從最初的摩擦生熱變?yōu)檎乘苄越饘賹又械乃苄宰冃紊鸁?。在熱激活的作用下,這一層粘塑性金屬發(fā)生動(dòng)態(tài)再結(jié)晶,降低了變形阻力,因此摩擦力矩增加到一定程度(以前的峰值力矩),然后逐漸減小。隨著摩擦熱對(duì)工件的傳導(dǎo),焊接表面兩側(cè)溫度也逐漸升高,在軸向壓力作用下,焊接區(qū)金屬呈徑向塑性流動(dòng),形成飛邊,軸向縮短量逐漸增加。隨著摩擦?xí)r間的增加,摩擦界面溫度和摩擦力矩基本不變,溫度分布區(qū)域逐漸變寬,閃變逐漸增大。這個(gè)階段稱為準(zhǔn)穩(wěn)定摩擦階段。在這個(gè)階段,摩擦壓力和轉(zhuǎn)速保持不變。當(dāng)摩擦焊接區(qū)的溫度分布和變形達(dá)到一定程度時(shí),制動(dòng)開始,軸向力迅速上升到設(shè)定的鐓粗壓力。此時(shí),軸向縮短迅速增加,并且隨著界面溫度的降低,摩擦壓力增加,并且出現(xiàn)摩擦扭矩的第二峰值,即后峰值扭矩。在頂鍛和頂鍛過程中,焊區(qū)金屬通過擴(kuò)散和再結(jié)晶焊接在一起。在整個(gè)焊接過程中,摩擦界面溫度一般不超過熔點(diǎn),所以摩擦焊接是固態(tài)焊接。
與傳統(tǒng)焊接相比,摩擦焊接具有較高的焊接接頭質(zhì)量-可以實(shí)現(xiàn)焊接強(qiáng)度和基體材料強(qiáng)度,焊接效率高,質(zhì)量穩(wěn)定,一致性好,可以實(shí)現(xiàn)異種材料的焊接。
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