地质钻杆摩擦焊技术发展与展望

运用摩擦热焊接起源于一百多年前，尔后经半个多世纪的研讨打开，摩擦焊技能才逐渐老练起来，并进入推广运用期间。自从上世纪五十年代摩擦焊真实焊出合格焊接接头以来，就以其优异、高效、低耗环保的突出长处遭到一切工业强国的注重。中国的摩擦焊研讨始于1957年，发源地是哈尔滨焊接研讨所，是世界上最早打开摩擦焊研讨的几个国家之一，取得了许多有目共睹的作用。

摩擦焊技能的首要长处归结为如下几个方面：

(1) 接头质量好且安稳：焊接进程由机器操控，参数设定后简单监控，重复性好，不依赖于操作人员的技能水平和作业态度。焊接进程不发生熔化，属固相热压焊，接头为缎造安排，因而焊缝不会呈现气孔、偏析和搀杂，裂纹等锻造安排的结晶缺点，焊接接头强度远大于熔焊、钎焊的强度，到达乃至超越母材的强度；

(2)效率高：对焊件预备通常请求不高，焊接设备简单主动化，可在流水线上出产，每件焊接时刻以秒计，通常只需零点几秒至几十秒，是其它焊接办法如熔焊、钎焊不能对比的；

(3)节能、节材、低耗：所需功率仅及传统焊接技能的1/5～1/15，不需焊条、焊剂、钎料、维护气体，不需填加金属，也不需耗费电极；

(4)焊接性好：特别合适异种资料的焊接，与其它焊接办法对比，摩擦焊有得天独厚的优势，如钢和紫铜、钢和铝、钢和黄铜等等；

(5)环保，无污染：焊接进程不发生烟尘或有害气体，不发生飞溅，没有孤光和火花，没有放射线。

因为以上这些长处，摩擦焊技能被誉为将来的绿色焊接技能。

摩擦焊技能在国内的打开及运用情况

经过几十年的打开，摩擦焊技能在国内现在已经具有了包含技能、设备、操控、查验等整套齐备的专业技能规划，并且在根底理论研讨上也构成了必定的独立体系。

（一）摩擦焊技能研讨与运用

现在中国摩擦焊技能的运用对比广泛，可焊接直径3.0～120mm的工件以及8000mm²的大截面管件，一起还开发了相位焊和径向摩擦焊技能，以及拌和摩擦焊技能。不只可焊接钢、铝、铜，并且还成功焊接了高温强度级相差很大的异种钢和异种金属，以及构成低熔点共晶和脆性化合物的异种金属。如高速钢—碳钢、耐热钢—低合金钢、高温和金—合金钢、不锈钢—低碳钢、不锈钢—电磁铁以及铝—铜、铝—钢等。这些年跟着中国航空航天事业的打开，也加速了摩擦焊技能向这些范畴的浸透，进行了航空发动机转子、起落架构造件、紧固件等资料（Ln718  Ti17  300M  GH159  GH4169）以及金属与陶瓷、复合资料、粉末高温合金的摩擦焊技能实验研讨，某些电工资料的钎焊技能也开端用摩擦焊接所替代。如电磁铁—不锈钢、钨铜合金等。现在中国选用冲突焊接办法焊接的产品有：锅炉职业的蛇形管摩擦焊接，阀门职业的阀门法兰和阀体密封座的摩擦焊接，轴瓦职业的止推边轴瓦的摩擦焊接，东西职业的钻头、铣刀、铰刀的刃部与柄部的摩擦焊接，汽车及机车职业发动机的双金属排气阀、气门顶杆、柴油机预热室喷咀、半轴、扭力管、内燃机增压器涡轮轴，潜水电泵转轴，紫铜不锈钢水接头，铝铜过渡接头，纺织机梭子芯，关节轴承，泥瓦东西，地质钻杆，石油钻杆、实心、空心抽油杆，航空发动机集成齿轮，木匠多用机床上的刀轴等等。

（二） 理论研讨及工程运用

中国科技人员对摩擦焊接表面高温塑性金属层的构成、活动、拓宽和焊接接头构成机理，摩擦焊接的能量转换及进程操控，大截面石油钻杆摩擦焊接技能和强耐性操控，摩擦焊接接头灰斑缺点构成机制及焊接接头断口描摹与开裂应变，铝—铜薄壁管摩擦焊接机理与接头功能和焊缝化合物相构成机制等方面进行了较深化地根底理论研讨作业。

在工程运用上关于急待处理的一系列问题打开了摩擦焊技能研讨的课题。其间摩擦焊接头形变热处理的技能实验研讨是一项有代表性的运用科学研讨作业，这项研讨率先在摩擦焊范畴中引入形变强化与相变强化相联系经过改动传统的接连驱动摩擦焊进程，把焊接技能同焊后热处理技能实施工序兼并，运用焊接余热和刹车能耗在摩擦焊机上直接对摩擦焊接头进行形变热处理，机上装备的热处理设备能够更有效地完成相变条件的操控，这么就能够把摩擦焊进程中高温形变引入的许多位错等用淬火相变牢固地钉扎住，充分发挥形变强化与相变强化的双重作用取得的以往用单一办法不能到达的强韧化作用。完成了在不下降接头强度的前提下，耐性超越调质母材的水平，这套技能不只进步了焊接质量并且简化了技能，减少了焊后热处理的加热次数，下降了本钱。该项研讨作用处于世界领先地位，现在在抽油杆、油管的出产和钻杆的修复上进行了推广运用。为操控铝—铜过渡接头脆性层的发生，研讨了低温摩擦焊并运用于出产。这些年对超塑性温度规模内相变温度以下摩擦焊进行了研讨，并取得了期间性作用；在焊接质量监控方面，先后研发了摩擦焊功率极值操控仪及微机质量监控设备。微机质量监控设备是对焊接进程的轴向压力、主轴转速、摩擦扭矩、焊件轴向缩短量、时刻、焊接温度及形变热处理温度等影响焊接接头质量的首要参数的改变进行监控。在新资料的焊接性，摩擦焊接信息进程与传感技能，摩擦焊接参数核算和实时监测与闭环操控，摩擦焊缝缺点构成机制与力学做法，摩擦焊接头强耐性操控，摩擦焊接物理参量场（温度场，应力应变场）数值模仿，以及高速拍摄、频谱剖析等有关实验技能等方面也打开了较体系深化的研讨作业。

近几年来拌和摩擦焊技能也引起了中国科技作业者的高度注重，先后打开了对铝合金（如防锈铝、锻铝、硬铝、超硬铝等）、紫铜、PVC塑料等资料的拌和摩擦焊研讨，一起还在积极打开钛合金、镁合金和黑色金属的拌和摩擦焊技能研讨，一起对拌和摩擦焊的机理、微观安排、力学功能和拌和摩擦焊的核心技能拌和头号都打开了深化的研讨。并取得了必定的工程运用。

（三）摩擦焊机的出产与有关技能

中国现有六百余台摩擦焊机，绝大部分是接连驱动摩擦焊机。这些年因为加强了与德国KUKA、日东株氏会社、美国MTI公司等冲突焊机制作公司的沟通与引入样机，焊机先后选用了液压马达驱动的主轴体系，串联轴承组——平衡油缸液力平衡旋转活塞，多片式粉末冶金涂层离合器，翻滚导轨和可编程序操控器（PLC）操控等多项先进技能，使焊机制作水平有了较大的进步。

面临国内商场的需要，摩擦焊机的出产也在向系列化方向打开，现在国内出产的焊机最大吨位是1250kN，最小是5KN。总归，在国内的焊机系列中，变型少，种类也对比单一，还没有巨型机和微型机。与焊机相配套的去飞边设备，主动上下料设备，焊后热处理，无损检查设备等虽有不一样的类型，但是这些还对比专业化，没有构成规范通用的系列，有待不断的完善。中国也有了自个的摩擦焊机职业规范，跟着制作技能的进步，这个规范也将有待向着较高水平方向修订。

 摩擦焊技能打开的展望

中国摩擦焊技能的打开现状还很不习惯国民经济高速打开的需要。往后5—10年内中国的摩擦焊作业者还要在资料的焊接性、摩擦焊的焊接办法、摩擦焊设备和摩擦焊的运用范畴打开愈加深化的研讨。

（一）资料的焊接性

首要瞄准那些难以熔焊的及新式的焊接资料的焊接，象钛合金与不锈钢的摩擦焊接、钛与铝的摩擦焊接、纯钛与纯铜的摩擦焊接、高熔点资料的摩擦焊接、轻金属的摩擦焊接、粉末合金资料的摩擦焊接、新式资料的摩擦焊接、锻造合金的摩擦焊接、钢材与活性金属的摩擦焊接等等资料的摩擦焊接性研讨。对资料摩擦焊接物理、化学、力学冶金的根底理论进一步深化研讨，拓宽摩擦焊可焊资料范畴。

（二）摩擦焊办法

往后5-10年要加大力度开发一些新的摩擦焊办法，逐渐完善并扩展其运用规模。

（1）相位摩擦焊

可完成有相位请求的工件的摩擦焊接，扩展了摩擦焊的运用范畴。现在出产中对如六方形断面的零件、八方钢、汽车操作杆、花键轴、拨叉、两头带法兰的轴等均请求选用相位冲突焊。在电控技能和机械技能高度打开的前提下，为大吨位相位摩擦焊机的研发供给了也许。

（2）线性摩擦焊

线性摩擦焊技能，是两个工件以必定的频率和振幅进行往复运动发生热量进行的焊接，它能够将方形、圆形、多边形截面的金属或塑料焊接在一起。它能够焊接更不规则截面的构件，象叶片与涡轮等，往后要深化打开线性摩擦焊机原理、振动体系动力学等的研讨，为研发大吨位的性冲突焊机作预备。

（3）径向摩擦焊

径向摩擦焊因为其引入中心旋转加压圆环，不只改动了冲突面的方向，焊件也由相对旋转加压变为相对固定加压，它十分合适于长管子的焊接，一起它还能够把薄壁铜环焊接到弹体外壁上，能够使军工产品升级换代。往后要加强径向冲突焊机理和刹那间大流量液压体系的研讨，为大吨位径向冲突焊机的研发奠定理论根底。

（4）拌和摩擦焊

拌和摩擦焊技能是1991年英国焊接研讨所创造的固相连接技能，它在航空、航天、船只、海洋工业、武器装备以及高速列车等范畴的轻构造制作中的运用研讨得到广泛打开。一起也引起了中国科技作业者的高度注重，先后打开了一些拌和摩擦焊的研讨作业，往后要对拌和摩擦焊的机理、微观安排、力学功能和拌和摩擦焊的核心技能拌和头号打开愈加深化的研讨。拓宽拌和摩擦的资料焊接规模，特别是要加强异种资料拌和摩擦的研讨，进一步扩展拌和摩擦焊的工程运用。一起还要对摩擦堆焊、第三体摩擦焊和嵌入摩擦焊打开研讨。

（三）摩擦焊设备与工程运用

跟着摩擦焊技能的广泛运用，摩擦焊设备也得到了敏捷的打开，2000年不完全统计全世界共有5000多台摩擦焊机用于焊接出产。

为了习惯大型和特别部件的焊接，要研发中国的大型和微型的摩擦焊机。为习惯特种用处还要开发惯性摩擦焊、径向摩擦焊，拌和摩擦焊、双头摩擦焊，立式摩擦焊及水下摩擦焊等多种特种摩擦焊机。在制作及监控技能方面要本着柔性和主动化来规划。焊机可附加许多主动化设备和加工设备，然后创造出一个高度柔性和主动化的完好体系，以适运用户的各种请求。为强化焊接进程质量保证，除了时刻操控、变形量操控、能量操控外，还要开发特别进程操控技能。

为了习惯焊接出产的主动化请求，要加强有关技能及外围设备的研讨。如不一样类型的去飞边设备、机器人或别的上下料设备、热处理及无损查验技能，工件可在焊前或焊后在焊机上进行机加工，有的乃至可进行CNC加工。使之在出产线上牢靠运转。还可与柔性制作体系（FMS）合作运用。

往后汽车工业将成为摩擦焊最具生机的商场，运用摩擦焊焊接的零部件有涡轮增压器，安全气囊的增压泵，变速器和齿轮箱的驱动轴、后桥、排气阀、气动制动用凸轮等。在工程机械方面，摩擦焊首要用来焊接液压传动部件，如液压缸，活塞杆，尤其是法兰与阀体的焊接，另外在履带支重轮，减震器和齿轮泵转子制作中也能够选用冲突焊。

要加大对飞机起落架的管与拉杆的摩擦焊接，直升飞机起落架旋翼主传动轴的合金齿轮与高镍合金钢管轴、双金属铆钉、飞机钩头螺栓等摩擦焊研讨。逐渐扩展摩擦焊运用范畴。

 纵观国内外摩擦焊打开现状，中国与国际先进水平对比，还很落后。摩擦焊技能在国内的研讨开发、推广运用的作业还不能满足国民经济飞速打开的需要，面临国内商场的需要，国际竞争的日益剧烈，中国广阔摩擦焊科技作业者，负重致远。为习惯中国科技打开的需要和缩短同国外同类产品的距离，为加速完成中国摩擦焊技能的现代化。完成摩擦焊技能本身打开的一起，加强同其它学科与边缘学科的联系。愿咱们携起手来，用咱们的贡献托起中国冲摩擦的今日与将来。