连续驱动摩擦焊的原理及设备详解

目前在生产中应用最广泛的摩擦焊机是连续驱动摩擦焊机，其示意图如图7-120所示。焊接时首先把两焊件分别夹持在旋转夹头和移动夹头上。起动电动机，合拢离合器，主轴、旋转夹头和焊件开始旋转。轴向加压液压缸（油缸）从后缸进油，移动夹头向前移动。当两焊件开始接触时，摩擦加热过程开始。经过一段摩擦加热时间，或达到一定的摩擦变形量以后，开始停车和顶锻焊接。这时离合器脱开，制动器制动，主轴及旋转夹头、焊件停止转动。在离合器脱开的同时，轴向加压液压缸也加大进油量，提高顶锻压力与顶锻速度，接头产生顶锻变形量。停一段时间以后，取下焊好的焊件，一个焊接周期结束。

图7-120 普通型连续驱动摩擦焊机示意图

1—电动机 2—离合器 3—制动器 4—主轴 5—旋转夹头 6—焊件 7—移动夹头 8—轴向加压液压缸

摩擦焊焊接循环可分为两个阶段，即摩擦阶段和顶锻阶段。在摩擦阶段中，由于待焊界面的相对摩擦运动速度很高，同时又处于较大的压力作用下，使界面及其附近温度升高，塑性提高、界面的氧化膜破碎、材料的变形抗力降低、达到良好接触状态的塑性金属封闭了结合面，使它与空气隔开。在顶锻阶段中，破碎的氧化物和部分塑性层从结合面挤出而形成飞边，界面剩余的塑性变形层形成焊缝。在顶锻焊接过程中变形区的高温材料得到锻造，材料质点相互嵌入和进行扩散，建立了牢固的焊缝，并形成了质量良好的焊接接头。

摩擦焊机主要由主轴系统、加压系统、机身、夹头及辅助装置、检测与控制系统等几部分组成。

（一）主轴系统

主轴系统的工作条件比较艰巨复杂。转速高，要传送大的功率和转矩，特别是峰值功率和转矩，承受大的摩擦压力和顶锻压力。在绝大多数情况下，主轴转速只有一个。当焊件的材料和直径变化时，主要靠调节摩擦压力和摩擦时间来调节焊接参数，这样主轴系统的结构就比较简单。焊接能产生脆性合金的异种金属，如铝-铜、铝-钢等焊接时，对转速要求严格，为了保持一定的摩擦加热温度，主轴转速将随焊件直径的改变而改变。这样主轴系统的结构就复杂了。

（二）加压系统(www.xing528.com)

目前，国内外摩擦焊机的加压机构主要是采用液压方式。这是因为在液压系统中，参数（压力及流量）调整简便，调节范围广，与电控系统配合起来容易得到不同的压力循环及实现焊接过程的自动化。同时，采用液压系统给夹头、离合器和制动器的操作也带来方便，使摩擦焊的机构大为简化。

（三）机身，夹头及辅助装置

摩擦焊机的主轴箱、导板、加压油缸和受力拉杆都装在机身上，机身不仅要平衡轴向压力引起的力矩，而且也要受到摩擦力矩的作用。因此机身应具有较大的强度和刚度，以防止在焊接过程中产生变形与振动。现在多数的摩擦焊机为卧式的，也有少数焊机是立式的。

摩擦焊机夹头设计时必须考虑摩擦压力、顶锻压力、前峰值摩擦力矩和后峰值力矩对夹头的综合作用，除此以外，还要避免夹头的振动。辅助装置包括自动送料装置和自动切除飞边装置等。

（四）检测及控制系统

参数检测主要涉及时间参数、加热功率、压力参数、变形量、转矩、转速、温度、特征信号（如摩擦开始时刻、功率峰值及所对应的时刻）等的检测。

控制系统包括程序控制和焊接参数控制。程序控制用来完成上料、夹紧、滑台快进、滑台工进、主轴旋转、摩擦加热、离合器松开、制动（刹车）、顶锻保证、车除飞边、滑台后退、焊件退出等顺序动作及其保护等。工艺参数控制则根据方案进行相应的诸如时间控制、功率峰值控制、变形量控制、温度控制、变参数复合控制等。