KAKA摩擦焊工艺
摩擦焊PPT课件
摩擦焊的应用
各类同质、异质金属连接
汽车半轴、汽车凸轮轴、汽车动力转向轴节点、汽车前 后桥、发动机汽门顶杆、集成齿轮、拨叉、花键套管、 连轴器、传动轴、驱动桥壳、制动凸轮、排气阀、液压 油缸推杆、气囊充气器、涡轮增压器转子 、印刷机滚 子、电机轴、船用马达驱动轴、石油与地质钻杆、长冲 程超高强度抽油杆、双金属轴瓦、双金属刀具、铜铝导 电接头等
d-35s
e-40s
f-55s
稳态焊敷阶段
400kgf– 1825rpm– 2.2mm/s
22
搅拌摩擦点焊 FSSW
（Friction Stir Spot Welding）是FSW中的特定 形式，是针对汽车铝结构车 身的连接而进行开发研究的
FSSW装置安装在机器人臂 上，施焊时由机器人臂移到 要焊部位，夹紧臂下降夹紧 要焊的板，然后搅拌头下降 进行焊接，焊接结束后松开 夹紧臂，整个装置由机器人 臂移到新的点焊位置
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惯性摩擦焊过程
旋转焊件与飞轮相连。 焊接时飞轮被加速到设 定转速，以动能形式储 存能量，随后电动机与 主轴脱离 储存在飞轮中的动能通 过摩擦逐渐转换为热能， 而飞轮转速则不断降低， 至主轴停止转动
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线性摩擦焊 LFW
LFW焊接过程
摩擦副一侧工件被一对 往复机构驱动着相对于 另一侧被夹紧的工件表 面作相对运动，并在其 轴向施加压力下，随着 摩擦运动的进行，摩擦 表面被清理并产生摩擦 热，摩擦表面的金属逐 渐达到粘塑性状态并产 生变形，形成飞边。然 后，停止往复运动并施 加顶锻力，完成焊接
LinFricTM型线性摩擦焊机
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线性摩擦焊
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线性摩擦焊接
主要适用于多数的热塑性部件，包括非晶态的和 半晶质的
摩擦焊接工艺(3篇)
第1篇一、引言摩擦焊接是一种利用摩擦热加热金属并施加压力以实现焊接连接的工艺。
它具有操作简单、焊接质量稳定、焊接速度快、成本低等优点，广泛应用于汽车、航空、航天、造船、铁路等行业。
本文将对摩擦焊接工艺的原理、设备、工艺参数及焊接质量等方面进行详细介绍。
二、摩擦焊接原理摩擦焊接的原理是利用摩擦产生的热量将金属表面加热至塑性状态，然后在一定压力下使两金属表面相互接触并发生塑性变形，从而实现焊接连接。
摩擦焊接过程中，金属表面的接触面积逐渐增大，摩擦产生的热量也不断增加，直至焊接接头形成。
1. 摩擦生热摩擦焊接过程中，通过摩擦产生的热量使金属表面温度升高，热量传递至金属内部，使金属达到塑性状态。
摩擦热的大小与摩擦系数、摩擦速度、摩擦时间等因素有关。
2. 塑性变形摩擦焊接过程中，摩擦产生的热量使金属表面达到塑性状态，金属表面发生塑性变形。
在压力作用下，金属表面相互接触，形成一定的接触面积，为焊接接头提供结合力。
3. 焊接接头形成随着摩擦焊接过程的进行，金属表面接触面积逐渐增大，塑性变形程度加深，焊接接头逐渐形成。
焊接接头质量取决于摩擦焊接过程中的工艺参数和金属材料的性能。
三、摩擦焊接设备摩擦焊接设备主要包括摩擦焊接机、夹具、焊接电源等。
1. 摩擦焊接机摩擦焊接机是摩擦焊接过程中的核心设备，其主要功能是产生摩擦力、实现摩擦焊接过程。
摩擦焊接机可分为机械式、液压式、电磁式等类型。
2. 夹具夹具用于固定焊接件，保证焊接过程中的定位精度。
夹具的设计应满足以下要求：具有较高的定位精度、良好的耐磨性、易于操作和调整。
3. 焊接电源焊接电源为摩擦焊接提供能量，常见的焊接电源有直流电源、交流电源等。
焊接电源的电压、电流等参数应根据焊接工艺和金属材料选择。
四、摩擦焊接工艺参数摩擦焊接工艺参数主要包括摩擦时间、摩擦压力、焊接速度、预热温度等。
1. 摩擦时间摩擦时间是指摩擦焊接过程中摩擦头与工件接触的时间。
摩擦时间过长，会导致焊接接头质量下降；摩擦时间过短，则无法产生足够的摩擦热。
焊接工艺设计 摩擦焊
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• 摩擦焊是一种固态热压焊，是利用摩擦热使焊件产生固相结合的焊接方法。 焊接时是利用焊件接触面之间的相对摩擦运动和塑性流动所产生的热量，使 界面及其附近区域达到热塑性状态并在压力作用下产生适当的宏观塑性变形 而形成接头。
• （1）搅拌摩擦焊可以降低制造成本。搅拌摩擦焊是一种 简单、高效、节能且没有焊接消耗的连接方法。搅拌摩擦 焊可以节约能源，一台简单的适合于搅拌摩擦焊焊接的设 备对于厚度为12.5mm的6xxx系列的铝合金材料的搅拌摩 擦焊单道焊的总功率输入大约为3kW，而且除了搅拌头和 电外没有其他消耗。焊接过程不需要填充焊丝和保护气， 焊前不需要开坡口和对材料表面的氧化层等作特殊的处理。
的铝合金桥梁、装饰板、门窗框架、管线、铝合金反应器、
热交换器等；电子工业中的发动机壳体、电器连接件、电 器封装等。此外，FSW还应用在冰箱冷却板、厨房电器、 “白色”家用物品和工具、天然气和液化气储箱、家用装 饰等。
国内外焊接电源的研究现状与发展趋势
国内外 研究现状
目前我国针对逆变焊割设备的研究，特别是应用上的研究主要还是在硬开关 逆变焊机的研究；而全桥软开关技术的逆变焊机的研究，在国内除一些高校进行 研究之外，很少有企业进行研究的。至于采用嵌入式系统数字化处理与逆变软开关 技术相结合的方式设计逆变电源方面研究，除本公司外，目前国内未见类似报道。 而在日、美、欧等国和地区，20kHz左右的弧焊逆变器技术已经成熟，产品的 质量较高且产品已系列化。
（2）搅拌摩擦焊为新产品新结构的设计提供了可能。例如以 前熔焊不能连接的热敏感性很强的硬铝、超硬铝及铝基复合 材料材料都可以用搅拌摩擦焊得到可靠连接。搅拌摩擦焊较 小的焊接变形可以实现精密铝合金零部件的制造。用搅拌摩 擦焊实现小尺寸挤压型材的连接，也可以用来制造大尺寸的 船舶夹板、列车壁板、卡车箱体等。
摩擦焊介绍全解课件
图10 摩 擦 焊 接 过 程 示 意 图 n—工作转速 py—摩擦压力 P.一顶锻压力 △l,一摩擦变形量 △1.一顶锻变形量 P— 摩擦加热功率 P.. 一摩擦加热功率峰值 t一时间 I,—摩擦时间 a— 实际摩擦加热时间 1.一实际顶锻时间
点开始，到摩擦加热功率显 著增大的B 点为止。摩擦开 始时，由于摩擦焊接表面存 在氧化膜、油、灰尘和吸附 着一些气体，使得摩擦系数 小，随后摩擦压力逐渐增大， 摩擦加热功率慢慢增加使得 焊件表面的温度上升。
图10 摩擦焊接过程示意图 n—工作转速 Py一摩擦压力 p.一顶锻压力 △l,一摩擦变形量 △/.一顶锻变形量 P— 摩擦加热功率 P.— 摩擦加热功率峰值 t一时间 I,—摩擦时间 tx—实际摩擦加热时间 1.一实际顶锻时间
摩擦焊焊接工艺特点
（1）焊接施工时间短，生产效率高。 （2 ）焊接热循环引起的焊接变形小，焊后尺寸精度高，不
用焊后校形和消除应力。 （3 ）机械化、自动化程度高，焊接质量稳定。当给定焊接
条件后，操作简单，不需要特殊的焊接技术人员。 （4 ）适合各类异种材料的焊接，对常规熔化下不能焊接的
铝-钢、铝-铜、钛-铜、金属间化合物-钢等都可以进行焊接。 （5 ）可以实现同直径、不同直径的棒材和管材的焊接。 （6 ）焊接时不产生烟雾、弧光以及有害气体等，不污染环
n/r.minT
摩擦焊接过程
(3)稳定摩擦阶段 从摩擦加热功率稳定值d 点起 到接头形成最佳温度分布的 e 点为止。 e 点与工件开始停止 旋转的e,, 顶锻压力开始上 升的 f 点以及顶锻变形的开始 点，它们在时间上是重合的。 在这个阶段中，各焊接工艺参 数的变化趋于稳定，只有摩擦 变形量不断增大，飞边增大， 接头的热影响区增宽。
焊接工艺的摩擦焊接技术要点
焊接工艺的摩擦焊接技术要点摩擦焊接是一种利用材料的塑性变形和摩擦加热产生摩擦热的焊接方法。
它具有高效、环保、高质量等优点，在工业生产中得到广泛应用。
本文将介绍焊接工艺的摩擦焊接技术的要点，包括摩擦焊接的原理、工艺参数的选择、工艺控制等方面。
一、摩擦焊接的原理摩擦焊接是利用两个工件在轴向力和旋转力的作用下，在接触面发生塑性变形并摩擦加热，随后停止转动时两个工件之间恢复到冷状态下的接触面结合而形成的一种焊接方法。
摩擦焊接的原理包括以下几个方面：1. 摩擦热效应：工件在接触面相对运动时，由于摩擦热的产生，使工件的温度升高，达到可塑性变形的要求，从而实现焊接。
2. 塑性变形效应：由于轴向力的作用，使接触面的工件产生塑性变形，使得工件表面的氧化层和脏物得以去除，从而使工件之间达到更好的接触。
3. 冷却效应：在停止摩擦时，工件由于冷却，焊缝完成固化，从而使工件之间形成连接。
二、摩擦焊接的工艺参数选择摩擦焊接的工艺参数选择是保证焊接质量和效率的重要因素。
1. 旋转速度：旋转速度的选择应根据焊接材料的特性，例如硬度、塑性等综合考虑。
一般来说，旋转速度太低会导致焊缝不均匀，太高则会造成过度烧损。
2. 轴向力：轴向力的选择应根据焊接材料的硬度和要求的焊接质量来确定。
轴向力太小会导致焊缝不牢固，太大则会产生较大的变形和应力。
3. 焊接时间：焊接时间也是影响焊接质量的关键参数。
焊接时间太短会导致焊缝连接不牢固，太长则会造成材料的过度烧损。
三、摩擦焊接的工艺控制工艺控制是确保摩擦焊接质量稳定的关键。
1. 清洁度控制：焊接前应确保接触表面的干净，去除氧化物和污染物，以保证焊接接触质量。
2. 温度控制：焊接时，应根据工件材料和尺寸的变化，对摩擦焊接的温度进行控制。
过高的温度会导致焊缝变硬和断裂，过低的温度会导致焊缝连接不牢固。
3. 压力控制：焊接时的轴向力要适中，太小会导致松散的连接，太大会导致变形和质量缺陷。
4. 油剂选择：摩擦焊接中使用的油剂应该具有良好的冷却性能和润滑性能，以保证焊接过程的稳定。
磨擦焊基本原理
磨擦焊基本原理磨擦焊是一种新型的焊接技术，它是通过摩擦产生的热量将两个工件连接在一起，而不需要使用焊接剂。
它具有许多优点，如无需使用焊接材料，成本低，焊接质量高，焊接速度快等。
下面我们来详细了解一下磨擦焊的基本原理。
一、摩擦热的产生原理在磨擦焊过程中，两个工件之间由于受到来自旋转摩擦的摩擦力，形成了高强度的接触面，两个工件互相摩擦不断摩擦，摩擦力也随之增大，从而储存了大量的摩擦能量。
随着摩擦的加剧，摩擦热也不断增加，最终将工件接头面加热到高温状态。
这时，工件表面原有的氧化铝分解下来，氧逸出，金属表面裸露，金属直接接触，温度又因金属接触面积变小升高，金属表面在高温下变形，由于受到压力作用，工件逐渐发生变形和塑性变形，直至部分熔化，使得局部冷却时会出现较强的降温速度，而引起了固态金属结构的演变。
二、磨擦焊的过程由于磨擦焊是一种通过摩擦加热的焊接方法，因此其整个过程可以分为三个阶段。
（1）压榨阶段在磨擦焊之初，要将工件之间的摩擦力送到一定程度，从而确保工件之间的表面贴合在一起。
这一阶段是整个焊接过程中最重要的一个阶段，也是最为困难的一个阶段。
由于在工件贴合的初始阶段，工件之间受到的压力非常小，需要将摩擦力逐渐增加，最终使其达到足够的大小，这样才能够确保两个工件之间的表面尽可能地贴合。
在这一阶段中，需要调整摩擦力，并同时调整旋转速度，以便随时掌握好焊接质量。
（2）加热阶段经过压榨阶段之后，接下来的一个阶段就是加热阶段了。
也就是说，在工件之间的摩擦力达到一定程度之后，工件开始逐渐升温，并在短时间内达到一定的温度。
在这个温度范围内，工件的材质和物理状态会随之发生相应的变化，最终达到熔化金属和塑性变形的目的。
常用的加热方式有两种，一种是间歇式加热，即定期加热，一种是连续式加热，即一直加热到所需温度。
（3）焊接阶段在加热阶段之后，接下来就是焊接阶段，此阶段的焊点核心热区的温度渐渐达到熔点，但未完全熔化，液态区域也很小。
摩擦焊相关知识点总结
摩擦焊相关知识点总结一、摩擦焊的原理摩擦焊的原理是利用摩擦热效应和机械压力使焊件表面发生塑性变形，从而实现焊接。
摩擦焊的工作原理可以概括为以下几个步骤：1. 接触阶段：两个焊件通过机械压力贴合在一起，形成接触面。
同时，旋转摩擦焊工具，使摩擦热由焊接接触面产生，达到加热的效果。
2. 加热阶段：摩擦焊工具将焊接接触面加热至塑性变形温度，使接触面材料软化并产生塑性变形。
3. 搅拌阶段：通过机械压力和旋转摩擦焊工具使焊接接触面产生搅拌效应，使焊件之间的金属颗粒混合在一起，实现焊接。
4. 冷却阶段：停止摩擦热效应，等待焊接接触面冷却固化，形成坚固的焊接接头。
摩擦焊的原理可以表述为摩擦热效应、塑性变形和搅拌效应的综合作用。
通过控制摩擦焊的工艺参数，可以达到理想的焊接效果和焊缝质量。
二、摩擦焊的工艺参数摩擦焊的工艺参数是影响焊接质量和性能的重要因素，包括摩擦焊工具的转速、轴向压力、径向力、加热时间和冷却时间等。
下面分别对这些工艺参数进行详细介绍：1. 转速：摩擦焊工具的转速是影响摩擦热效应的重要参数。
较高的转速可以产生更多的摩擦热，加热焊接接触面更快，但也可能导致过高的焊接温度和金属流动速度，导致焊接质量下降。
因此，在实际操作中需要根据焊接材料的性质和厚度选择合适的转速。
2. 轴向压力：轴向压力是通过摩擦焊工具施加在焊接接触面上的压力，是实现摩擦焊的关键参数。
适当的轴向压力可以保证焊接接触面的紧密贴合，增加金属材料的接触面积，有利于摩擦热的传递和焊接质量的提高。
3. 径向力：对于摩擦搅拌焊接，径向力是对工件施加垂直于焊缝方向的压力。
通过施加适当的径向力可以保证焊接接触面的搅拌效果，防止焊接接触面出现空隙和气孔，提高焊接质量。
4. 加热时间：加热时间是摩擦焊加热阶段的持续时间，通过控制加热时间可以控制焊接接触面的温度和软化程度，影响焊接质量和强度。
5. 冷却时间：冷却时间是摩擦焊冷却阶段的持续时间，通过控制冷却时间可以保证焊接接触面充分冷却和固化，形成坚固的焊接接头。
摩擦焊
单道焊接过程
对于0.75～50mm铝合金可一道焊接 至今还没有明确搅拌摩擦焊可焊厚度的上 下限 在大厚度焊接时可以采用两道或多道焊
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搅拌摩擦焊
接头力学性能提高
FSW接头静态性能一般超过 熔焊接头 FSW接头性能数据分散性小 FSW接头比熔焊接头疲劳性 能更优 对某些铝合金材料，焊缝和 热影响区的断裂韧性甚至超 过母材
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FSW在航空航天的应用
型 号：SuperStirTM 名 称：Delta II太空 船燃料箱内焊专用设备 制造日期：1999年 制 造 商: ESAB 采 购 方：Boeing
提高强度 30-50% 总 成 本 60% 节约时间 23-60天 Delta II太空船燃料箱内焊专用FSW设备
1999年，波音公司采用FSW生产Delta II和III运载火箭贮箱
3
摩擦焊接概念
摩擦焊（Friction Welding），
在轴向压力与扭矩作用下，利用焊接接触端面之间的 相对运动及塑性流动所产生的摩擦热及塑性变形热使 接触面及其近区达到粘塑性状态并产生适当的宏观塑 性变形，（有时需要迅速顶锻），通过两侧材料的相 互扩散和动态再结晶而完成连接的一种压焊方法
主要由连续驱动摩擦焊、惯性摩擦焊、搅拌摩擦 焊、线性摩擦焊、三体摩擦焊和摩擦堆焊等组成 摩擦焊是一种优质、高效、节能、无污染的固相 连接方法
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稳态焊敷阶段
400kgf– 1825rpm– 2.2mm/s
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搅拌摩擦点焊 FSSW
（Friction Stir Spot Welding）是FSW中的特定 形式，是针对汽车铝结构车 身的连接而进行开发研究的 FSSW装置安装在机器人臂 上，施焊时由机器人臂移到 要焊部位，夹紧臂下降夹紧 要焊的板，然后搅拌头下降 进行焊接，焊接结束后松开 夹紧臂，整个装置由机器人 臂移到新的点焊位置
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ca. 15 % Massenersparnis Kostenfaktor ≈ 2
Piston Rods Brake Cylinder Converter Turbocharger
Gear Shaft
Crankshaft
Drive Shaft CV joint Prop Shaft
应用实例 – 电池 / 线束 / 触头
焊接的线束
至终端的 „长― 母线
物理横截面
横截面分析的显微图像
摩擦焊的优势
工艺 硬化 – 较其他工艺更低 热影响区域非常小 无气孔 无形变 每0.01秒监控一次整个工艺 无需检查 材料组合是可行的 焊接时间短 无需返工 (焊接后)
应用实例 – 后桥
现行观念 钢 – 铸铁 GGG40 30 kg
新工艺
摩擦焊
新观念 钢–铝 20 kg
磁弧焊
减少 将近 30 %
应用实例 – 刹车盘
当前系列的 刹车盘 重量 减少 % 9,9 kg reverence 摩擦焊接的 刹车盘 8,4 kg - 1,5 kg - 16 %
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Wolfram-Kupfer PM
unlegierter Stahl
Automatenstahl
Aluminium und Aluminium-Legierungen Aluminium PM Gu遝 isen Hartmetall, Werkzeugstahl Kupfer und Kupfer-Legierungen Magnesium und Magnesium-Legierungen Molybd鋘 PM Nickel und Nickel-Legierungen Nickellegierungen PM Niob unlegierter Stahl niedriglegierter Stahl hochlegierter (ferritischer) Stahl hochlegierter (austenitischer) Stahl Stahlgu? Stahl PM Automatenstahl Titanium und Titanium-Legierungen Wolfram PM Wolfram-Kupfer PM
KUKA奥格斯堡的外包焊接部门
小汽车和卡车的桥架
汽车制造工业的应用 发动机零部件 安全零部件 传动系统 导向装置
摩擦焊: 汽车零部件 变速箱变矩器
汽车变速箱变矩器
KUKA Systems | Friction and Magnetarc Welding from Bavaria for China 库卡系统 | “摩擦焊” 来自德国巴伐利亚州
ENGLISH
CHINESE
摩擦焊: 过程
第一阶段: 初始位置
2个工件牢固地夹紧 1个工件为固定的，而另一个工件则需旋转 (n)
Magnesium und M.-Legierungen Kupfer und Kupfer-Legierungen Nickel und Nickel-Legierungen hochlegierter (austenit.) Stahl Titanium und T.-Legierungen hochlegierter (ferrit.) Stahl Nickellegierungen PM niedriglegierter Stahl
机械工程技术中的应用
摩擦焊: 一般市场
螺纹轴头
系紧螺栓
转向 连接叉 千斤顶
联系方式
KUKA工业公司 电话： +86 512 3665 1288 销售人员： 聂波（18020200265）
[x] [ ] PM
schwei遙 ar wenig oder keine Erfahrungen Pulvermetall
Aluminium PM
x x
Molybd鋘 PM
Wolfram PM
适合摩擦焊的材料 组合
Hartmetall, Werkzeugstahl
Airbag Nietscheibe
Wheels
Glow bar
Contacts for Lithium Batteries
Cable connectors
Shock Absorber
Integralscheibe (GJL)
Tank inlet
Rear Axles Break Disc Valves
n
第二阶段: 加热
2个工件以设定并精确控制的压力F1接触在一起 旋转和接触的压力产生摩擦力，使焊接面加热
F 1
第三阶段: 焊接过程
在焊接周期中，工件将停止在一个定义并监控的位 置 施加更大的压力F2,焊接完成
n
F 2
摩擦焊: 材料组合
安全传输的最大制动力矩 (3250 Nm) 减轻重量意味着减少 CO2 排放
www.kuLeabharlann
应用实例 – 部分零件
涡轮增压器 (钢 / 镍)
重量减少 将近 10 %
双层壁焊接的中空辐轮 (铝 / 铝)
中空的阀 (钢 / 钢) 传动轴 (铝 / 钢)
安全气囊 (钢 / 钢)
监控 特点 焊接时间
KUKA摩擦焊 & 磁弧焊
摩擦焊: 双层壁焊接的中空辐轮
双层壁的摩擦 焊接
底座: Al Si 11 Mg 辐组: GK - Al Si 12
中空 — 辐轮轮辋
RS 2
RS 45
Maschinensondergrö ßen auf Anfrage (z.B.RS 20, RS 140, RS 1000)
RS 30
RS120 - 300
KUKA 摩擦焊和磁弧焊在汽车上到处可见
Massenersparnis
Verbundgussscheibe (SHW)
摩擦焊和磁弧焊的优点: 恒定的的热量输入，不产生形变 无需为平衡操作而预先进行重新校准
摩擦焊: 涡轮和涡轮增压器 用于小汽车，卡车和船舶柴油发动机的涡轮增压器 涡轮
Gu遝 isen
Stahlgu?
Stahl PM
Niob
设备型号
Schweißquerschnitt massiv , werkstoffabhä ngig Stauchkraft ) Max (mm² ) Maschinentyp max. (kN) Min (mm² RS 2 20 15 160 RS 5 50 25 330 RS 12 120 95 1000 RS 30 300 220 2500 RS 45 450 380 3750 RS 80 800 600 6600 RS 125 1250 1250 10000 RS 300 3000 1600 24000