地質(zhì)鉆桿摩擦焊技術(shù)發(fā)展與展望

運(yùn)用摩擦熱焊接起源于一百多年前，爾后經(jīng)半個多世紀(jì)的研討打開，摩擦焊技能才逐漸老練起來，并進(jìn)入推廣運(yùn)用期間。自從上世紀(jì)五十年代摩擦焊真實(shí)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(qiáng)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(jìn)程由機(jī)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(jìn)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(diǎn)，焊接接頭強(qiáng)度遠(yuǎn)大于熔焊、釬焊的強(qiáng)度，到達(dá)乃至超越母材的強(qiáng)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(jì)，通常只需零點(diǎn)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(hù)氣體，不需填加金屬，也不需耗費(fèi)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(dú)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(jìn)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?yàn)橐陨线@些長處，摩擦焊技能被譽(yù)為將來的綠色焊接技能。

摩擦焊技能在國內(nèi)的打開及運(yùn)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(yàn)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(dú)立體系。

（一）摩擦焊技能研討與運(yùn)用

現(xiàn)在中國摩擦焊技能的運(yùn)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(qiáng)度級相差很大的異種鋼和異種金屬，以及構(gòu)成低熔點(diǎn)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(jìn)行了航空發(fā)動機(jī)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(shí)驗(yàn)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?，F(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(jī)車職業(yè)發(fā)動機(jī)的雙金屬排氣閥、氣門頂桿、柴油機(jī)預(yù)熱室噴咀、半軸、扭力管、內(nèi)燃機(jī)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(jī)梭子芯，關(guān)節(jié)軸承，泥瓦東西，地質(zhì)鉆桿，石油鉆桿、實(shí)心、空心抽油桿，航空發(fā)動機(jī)集成齒輪，木匠多用機(jī)床上的刀軸等等。

（二） 理論研討及工程運(yùn)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(jī)理，摩擦焊接的能量轉(zhuǎn)換及進(jìn)程操控，大截面石油鉆桿摩擦焊接技能和強(qiáng)耐性操控，摩擦焊接接頭灰斑缺點(diǎn)構(gòu)成機(jī)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(jī)理與接頭功能和焊縫化合物相構(gòu)成機(jī)制等方面進(jìn)行了較深化地根底理論研討作業(yè)。

在工程運(yùn)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(shí)驗(yàn)研討是一項(xiàng)有代表性的運(yùn)用科學(xué)研討作業(yè)，這項(xiàng)研討率先在摩擦焊范疇中引入形變強(qiáng)化與相變強(qiáng)化相聯(lián)系經(jīng)過改動傳統(tǒng)的接連驅(qū)動摩擦焊進(jìn)程，把焊接技能同焊后熱處理技能實(shí)施工序兼并，運(yùn)用焊接余熱和剎車能耗在摩擦焊機(jī)上直接對摩擦焊接頭進(jìn)行形變熱處理，機(jī)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(jìn)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(qiáng)化與相變強(qiáng)化的雙重作用取得的以往用單一辦法不能到達(dá)的強(qiáng)韌化作用。完成了在不下降接頭強(qiáng)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(jìn)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(xiàng)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(jìn)行了推廣運(yùn)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(yùn)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(jìn)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(jī)質(zhì)量監(jiān)控設(shè)備。微機(jī)質(zhì)量監(jiān)控設(shè)備是對焊接進(jìn)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(jìn)行監(jiān)控。在新資料的焊接性，摩擦焊接信息進(jìn)程與傳感技能，摩擦焊接參數(shù)核算和實(shí)時監(jiān)測與閉環(huán)操控，摩擦焊縫缺點(diǎn)構(gòu)成機(jī)制與力學(xué)做法，摩擦焊接頭強(qiáng)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(shí)驗(yàn)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(jī)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(yùn)用。

（三）摩擦焊機(jī)的出產(chǎn)與有關(guān)技能

中國現(xiàn)有六百余臺摩擦焊機(jī)，絕大部分是接連驅(qū)動摩擦焊機(jī)。這些年因?yàn)榧訌?qiáng)了與德國KUKA、日東株氏會社、美國MTI公司等沖突焊機(jī)制作公司的溝通與引入樣機(jī)，焊機(jī)先后選用了液壓馬達(dá)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(xiàng)先進(jìn)技能，使焊機(jī)制作水平有了較大的進(jìn)步。

面臨國內(nèi)商場的需要，摩擦焊機(jī)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(jī)最大噸位是1250kN，最小是5KN?？倸w，在國內(nèi)的焊機(jī)系列中，變型少，種類也對比單一，還沒有巨型機(jī)和微型機(jī)。與焊機(jī)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(jī)職業(yè)規(guī)范，跟著制作技能的進(jìn)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(jì)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(yùn)用范疇打開愈加深化的研討。

（一）資料的焊接性

首要瞄準(zhǔn)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(diǎn)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(jìn)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(kuò)展其運(yùn)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(kuò)展了摩擦焊的運(yùn)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(jī)械技能高度打開的前提下，為大噸位相位摩擦焊機(jī)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(jìn)行往復(fù)運(yùn)動發(fā)生熱量進(jìn)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(jī)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(jī)作預(yù)備。

（3）徑向摩擦焊

徑向摩擦焊因?yàn)槠湟胫行男D(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訅海趾线m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(qiáng)徑向沖突焊機(jī)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(jī)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(yùn)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(jī)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(qiáng)異種資料拌和摩擦的研討，進(jìn)一步擴(kuò)展拌和摩擦焊的工程運(yùn)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(yùn)用

跟著摩擦焊技能的廣泛運(yùn)用，摩擦焊設(shè)備也得到了敏捷的打開，2000年不完全統(tǒng)計(jì)全世界共有5000多臺摩擦焊機(jī)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(jī)。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(jī)。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(jī)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(yùn)用戶的各種請求。為強(qiáng)化焊接進(jìn)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(jìn)程操控技能。

為了習(xí)慣焊接出產(chǎn)的主動化請求，要加強(qiáng)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(jī)器人或別的上下料設(shè)備、熱處理及無損查驗(yàn)技能，工件可在焊前或焊后在焊機(jī)上進(jìn)行機(jī)加工，有的乃至可進(jìn)行CNC加工。使之在出產(chǎn)線上牢靠運(yùn)轉(zhuǎn)。還可與柔性制作體系（FMS）合作運(yùn)用。

往后汽車工業(yè)將成為摩擦焊最具生機(jī)的商場，運(yùn)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(jī)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(jī)起落架的管與拉桿的摩擦焊接，直升飛機(jī)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(jī)鉤頭螺栓等摩擦焊研討。逐漸擴(kuò)展摩擦焊運(yùn)用范疇。

 縱觀國內(nèi)外摩擦焊打開現(xiàn)狀，中國與國際先進(jìn)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(yùn)用的作業(yè)還不能滿足國民經(jīng)濟(jì)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(fù)重致遠(yuǎn)。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(qiáng)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(xiàn)托起中國沖摩擦的今日與將來。