地質(zhì)鉆桿摩擦焊技術(shù)發(fā)展與展望

運用摩擦熱焊接起源于一百多年前，爾后經(jīng)半個多世紀的研討打開，摩擦焊技能才逐漸老練起來，并進入推廣運用期間。自從上世紀五十年代摩擦焊真實焊出合格焊接接頭以來，就以其優(yōu)異、高效、低耗環(huán)保的突出長處遭到一切工業(yè)強國的注重。中國的摩擦焊研討始于1957年，發(fā)源地是哈爾濱焊接研討所，是世界上最早打開摩擦焊研討的幾個國家之一，取得了許多有目共睹的作用。

摩擦焊技能的首要長處歸結(jié)為如下幾個方面：

(1) 接頭質(zhì)量好且安穩(wěn)：焊接進程由機器操控，參數(shù)設(shè)定后簡單監(jiān)控，重復(fù)性好，不依賴于操作人員的技能水平和作業(yè)態(tài)度。焊接進程不發(fā)生熔化，屬固相熱壓焊，接頭為緞造安排，因而焊縫不會呈現(xiàn)氣孔、偏析和攙雜，裂紋等鍛造安排的結(jié)晶缺點，焊接接頭強度遠大于熔焊、釬焊的強度，到達乃至超越母材的強度；

(2)效率高：對焊件預(yù)備通常請求不高，焊接設(shè)備簡單主動化，可在流水線上出產(chǎn)，每件焊接時刻以秒計，通常只需零點幾秒至幾十秒，是其它焊接辦法如熔焊、釬焊不能對比的；

(3)節(jié)能、節(jié)材、低耗：所需功率僅及傳統(tǒng)焊接技能的1/5～1/15，不需焊條、焊劑、釬料、維護氣體，不需填加金屬，也不需耗費電極；

(4)焊接性好：特別合適異種資料的焊接，與其它焊接辦法對比，摩擦焊有得天獨厚的優(yōu)勢，如鋼和紫銅、鋼和鋁、鋼和黃銅等等；

(5)環(huán)保，無污染：焊接進程不發(fā)生煙塵或有害氣體，不發(fā)生飛濺，沒有孤光和火花，沒有放射線。

因為以上這些長處，摩擦焊技能被譽為將來的綠色焊接技能。

摩擦焊技能在國內(nèi)的打開及運用情況

經(jīng)過幾十年的打開，摩擦焊技能在國內(nèi)現(xiàn)在已經(jīng)具有了包含技能、設(shè)備、操控、查驗等整套齊備的專業(yè)技能規(guī)劃，并且在根底理論研討上也構(gòu)成了必定的獨立體系。

（一）摩擦焊技能研討與運用

現(xiàn)在中國摩擦焊技能的運用對比廣泛，可焊接直徑3.0～120mm的工件以及8000mm2的大截面管件，一起還開發(fā)了相位焊和徑向摩擦焊技能，以及拌和摩擦焊技能。不只可焊接鋼、鋁、銅，并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，以及構(gòu)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。這些年跟著中國航空航天事業(yè)的打開，也加速了摩擦焊技能向這些范疇的浸透，進行了航空發(fā)動機轉(zhuǎn)子、起落架構(gòu)造件、緊固件等資料（Ln718  Ti17  300M  GH159  GH4169）以及金屬與陶瓷、復(fù)合資料、粉末高溫合金的摩擦焊技能實驗研討，某些電工資料的釬焊技能也開端用摩擦焊接所替代。如電磁鐵—不銹鋼、鎢銅合金等。現(xiàn)在中國選用沖突焊接辦法焊接的產(chǎn)品有：鍋爐職業(yè)的蛇形管摩擦焊接，閥門職業(yè)的閥門法蘭和閥體密封座的摩擦焊接，軸瓦職業(yè)的止推邊軸瓦的摩擦焊接，東西職業(yè)的鉆頭、銑刀、鉸刀的刃部與柄部的摩擦焊接，汽車及機車職業(yè)發(fā)動機的雙金屬排氣閥、氣門頂桿、柴油機預(yù)熱室噴咀、半軸、扭力管、內(nèi)燃機增壓器渦輪軸，潛水電泵轉(zhuǎn)軸，紫銅不銹鋼水接頭，鋁銅過渡接頭，紡織機梭子芯，關(guān)節(jié)軸承，泥瓦東西，地質(zhì)鉆桿，石油鉆桿、實心、空心抽油桿，航空發(fā)動機集成齒輪，木匠多用機床上的刀軸等等。

（二） 理論研討及工程運用

中國科技人員對摩擦焊接表面高溫塑性金屬層的構(gòu)成、活動、拓寬和焊接接頭構(gòu)成機理，摩擦焊接的能量轉(zhuǎn)換及進程操控，大截面石油鉆桿摩擦焊接技能和強耐性操控，摩擦焊接接頭灰斑缺點構(gòu)成機制及焊接接頭斷口描摹與開裂應(yīng)變，鋁—銅薄壁管摩擦焊接機理與接頭功能和焊縫化合物相構(gòu)成機制等方面進行了較深化地根底理論研討作業(yè)。

在工程運用上關(guān)于急待處理的一系列問題打開了摩擦焊技能研討的課題。其間摩擦焊接頭形變熱處理的技能實驗研討是一項有代表性的運用科學(xué)研討作業(yè)，這項研討率先在摩擦焊范疇中引入形變強化與相變強化相聯(lián)系經(jīng)過改動傳統(tǒng)的接連驅(qū)動摩擦焊進程，把焊接技能同焊后熱處理技能實施工序兼并，運用焊接余熱和剎車能耗在摩擦焊機上直接對摩擦焊接頭進行形變熱處理，機上裝備的熱處理設(shè)備能夠更有效地完成相變條件的操控，這么就能夠把摩擦焊進程中高溫形變引入的許多位錯等用淬火相變牢固地釘扎住，充分發(fā)揮形變強化與相變強化的雙重作用取得的以往用單一辦法不能到達的強韌化作用。完成了在不下降接頭強度的前提下，耐性超越調(diào)質(zhì)母材的水平，這套技能不只進步了焊接質(zhì)量并且簡化了技能，減少了焊后熱處理的加熱次數(shù)，下降了本錢。該項研討作用處于世界領(lǐng)先地位，現(xiàn)在在抽油桿、油管的出產(chǎn)和鉆桿的修復(fù)上進行了推廣運用。為操控鋁—銅過渡接頭脆性層的發(fā)生，研討了低溫摩擦焊并運用于出產(chǎn)。這些年對超塑性溫度規(guī)模內(nèi)相變溫度以下摩擦焊進行了研討，并取得了期間性作用；在焊接質(zhì)量監(jiān)控方面，先后研發(fā)了摩擦焊功率極值操控儀及微機質(zhì)量監(jiān)控設(shè)備。微機質(zhì)量監(jiān)控設(shè)備是對焊接進程的軸向壓力、主軸轉(zhuǎn)速、摩擦扭矩、焊件軸向縮短量、時刻、焊接溫度及形變熱處理溫度等影響焊接接頭質(zhì)量的首要參數(shù)的改變進行監(jiān)控。在新資料的焊接性，摩擦焊接信息進程與傳感技能，摩擦焊接參數(shù)核算和實時監(jiān)測與閉環(huán)操控，摩擦焊縫缺點構(gòu)成機制與力學(xué)做法，摩擦焊接頭強耐性操控，摩擦焊接物理參量場（溫度場，應(yīng)力應(yīng)變場）數(shù)值模仿，以及高速拍攝、頻譜剖析等有關(guān)實驗技能等方面也打開了較體系深化的研討作業(yè)。

近幾年來拌和摩擦焊技能也引起了中國科技作業(yè)者的高度注重，先后打開了對鋁合金（如防銹鋁、鍛鋁、硬鋁、超硬鋁等）、紫銅、PVC塑料等資料的拌和摩擦焊研討，一起還在積極打開鈦合金、鎂合金和黑色金屬的拌和摩擦焊技能研討，一起對拌和摩擦焊的機理、微觀安排、力學(xué)功能和拌和摩擦焊的核心技能拌和頭號都打開了深化的研討。并取得了必定的工程運用。

（三）摩擦焊機的出產(chǎn)與有關(guān)技能

中國現(xiàn)有六百余臺摩擦焊機，絕大部分是接連驅(qū)動摩擦焊機。這些年因為加強了與德國KUKA、日東株氏會社、美國MTI公司等沖突焊機制作公司的溝通與引入樣機，焊機先后選用了液壓馬達驅(qū)動的主軸體系，串聯(lián)軸承組——平衡油缸液力平衡旋轉(zhuǎn)活塞，多片式粉末冶金涂層離合器，翻滾導(dǎo)軌和可編程序操控器（PLC）操控等多項先進技能，使焊機制作水平有了較大的進步。

面臨國內(nèi)商場的需要，摩擦焊機的出產(chǎn)也在向系列化方向打開，現(xiàn)在國內(nèi)出產(chǎn)的焊機最大噸位是1250kN，最小是5KN?？倸w，在國內(nèi)的焊機系列中，變型少，種類也對比單一，還沒有巨型機和微型機。與焊機相配套的去飛邊設(shè)備，主動上下料設(shè)備，焊后熱處理，無損檢查設(shè)備等雖有不一樣的類型，但是這些還對比專業(yè)化，沒有構(gòu)成規(guī)范通用的系列，有待不斷的完善。中國也有了自個的摩擦焊機職業(yè)規(guī)范，跟著制作技能的進步，這個規(guī)范也將有待向著較高水平方向修訂。

 摩擦焊技能打開的展望

中國摩擦焊技能的打開現(xiàn)狀還很不習(xí)慣國民經(jīng)濟高速打開的需要。往后5—10年內(nèi)中國的摩擦焊作業(yè)者還要在資料的焊接性、摩擦焊的焊接辦法、摩擦焊設(shè)備和摩擦焊的運用范疇打開愈加深化的研討。

（一）資料的焊接性

首要瞄準那些難以熔焊的及新式的焊接資料的焊接，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、高熔點資料的摩擦焊接、輕金屬的摩擦焊接、粉末合金資料的摩擦焊接、新式資料的摩擦焊接、鍛造合金的摩擦焊接、鋼材與活性金屬的摩擦焊接等等資料的摩擦焊接性研討。對資料摩擦焊接物理、化學(xué)、力學(xué)冶金的根底理論進一步深化研討，拓寬摩擦焊可焊資料范疇。

（二）摩擦焊辦法

往后5-10年要加大力度開發(fā)一些新的摩擦焊辦法，逐漸完善并擴展其運用規(guī)模。

（1）相位摩擦焊

可完成有相位請求的工件的摩擦焊接，擴展了摩擦焊的運用范疇?，F(xiàn)在出產(chǎn)中對如六方形斷面的零件、八方鋼、汽車操作桿、花鍵軸、撥叉、兩頭帶法蘭的軸等均請求選用相位沖突焊。在電控技能和機械技能高度打開的前提下，為大噸位相位摩擦焊機的研發(fā)供給了也許。

（2）線性摩擦焊

線性摩擦焊技能，是兩個工件以必定的頻率和振幅進行往復(fù)運動發(fā)生熱量進行的焊接，它能夠?qū)⒎叫?、圓形、多邊形截面的金屬或塑料焊接在一起。它能夠焊接更不規(guī)則截面的構(gòu)件，象葉片與渦輪等，往后要深化打開線性摩擦焊機原理、振動體系動力學(xué)等的研討，為研發(fā)大噸位的性沖突焊機作預(yù)備。

（3）徑向摩擦焊

徑向摩擦焊因為其引入中心旋轉(zhuǎn)加壓圓環(huán)，不只改動了沖突面的方向，焊件也由相對旋轉(zhuǎn)加壓變?yōu)橄鄬潭訅?，它十分合適于長管子的焊接，一起它還能夠把薄壁銅環(huán)焊接到彈體外壁上，能夠使軍工產(chǎn)品升級換代。往后要加強徑向沖突焊機理和剎那間大流量液壓體系的研討，為大噸位徑向沖突焊機的研發(fā)奠定理論根底。

（4）拌和摩擦焊

拌和摩擦焊技能是1991年英國焊接研討所創(chuàng)造的固相連接技能，它在航空、航天、船只、海洋工業(yè)、武器裝備以及高速列車等范疇的輕構(gòu)造制作中的運用研討得到廣泛打開。一起也引起了中國科技作業(yè)者的高度注重，先后打開了一些拌和摩擦焊的研討作業(yè)，往后要對拌和摩擦焊的機理、微觀安排、力學(xué)功能和拌和摩擦焊的核心技能拌和頭號打開愈加深化的研討。拓寬拌和摩擦的資料焊接規(guī)模，特別是要加強異種資料拌和摩擦的研討，進一步擴展拌和摩擦焊的工程運用。一起還要對摩擦堆焊、第三體摩擦焊和嵌入摩擦焊打開研討。

（三）摩擦焊設(shè)備與工程運用

跟著摩擦焊技能的廣泛運用，摩擦焊設(shè)備也得到了敏捷的打開，2000年不完全統(tǒng)計全世界共有5000多臺摩擦焊機用于焊接出產(chǎn)。

為了習(xí)慣大型和特別部件的焊接，要研發(fā)中國的大型和微型的摩擦焊機。為習(xí)慣特種用處還要開發(fā)慣性摩擦焊、徑向摩擦焊，拌和摩擦焊、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。在制作及監(jiān)控技能方面要本著柔性和主動化來規(guī)劃。焊機可附加許多主動化設(shè)備和加工設(shè)備，然后創(chuàng)造出一個高度柔性和主動化的完好體系，以適運用戶的各種請求。為強化焊接進程質(zhì)量保證，除了時刻操控、變形量操控、能量操控外，還要開發(fā)特別進程操控技能。

為了習(xí)慣焊接出產(chǎn)的主動化請求，要加強有關(guān)技能及外圍設(shè)備的研討。如不一樣類型的去飛邊設(shè)備、機器人或別的上下料設(shè)備、熱處理及無損查驗技能，工件可在焊前或焊后在焊機上進行機加工，有的乃至可進行CNC加工。使之在出產(chǎn)線上牢靠運轉(zhuǎn)。還可與柔性制作體系（FMS）合作運用。

往后汽車工業(yè)將成為摩擦焊最具生機的商場，運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(qū)動軸、后橋、排氣閥、氣動制動用凸輪等。在工程機械方面，摩擦焊首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(zhuǎn)子制作中也能夠選用沖突焊。

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討。逐漸擴展摩擦焊運用范疇。

 縱觀國內(nèi)外摩擦焊打開現(xiàn)狀，中國與國際先進水平對比，還很落后。摩擦焊技能在國內(nèi)的研討開發(fā)、推廣運用的作業(yè)還不能滿足國民經(jīng)濟飛速打開的需要，面臨國內(nèi)商場的需要，國際競爭的日益劇烈，中國廣闊摩擦焊科技作業(yè)者，負重致遠。為習(xí)慣中國科技打開的需要和縮短同國外同類產(chǎn)品的距離，為加速完成中國摩擦焊技能的現(xiàn)代化。完成摩擦焊技能本身打開的一起，加強同其它學(xué)科與邊緣學(xué)科的聯(lián)系。愿咱們攜起手來，用咱們的貢獻托起中國沖摩擦的今日與將來。