[发明专利]一种线性摩擦焊接方法

说明书

本发明公开了一种线性摩擦焊接方法，涉及焊接方法领域，它是通过摩擦板高速运动，摩擦板与第一焊件和第二焊件摩擦产生热量，接触面处材料软化；将摩擦板抽出后，第一焊件和第二焊件在顶锻力驱动下接触到一起，第一焊件和第二焊件接触面处材料通过扩散作用结合为一体。本发明技术方案和常规线性摩擦焊接相比，需要的能耗更小，设备成本低，显著降低了工艺成本，且没有振动，精确定位容易实现，从而取得了更高的焊接精度。

技术领域

本发明涉及焊接方法领域，具体地说是一种线性摩擦焊接方法。

背景技术

线性摩擦焊接（Linear Friction Welding）是近年来得到快速发展的一种焊接方法，主要应用于发动机整体叶盘和飞机框梁类零件的制造，焊件2夹持于振动滑台的夹具中在垂直方向上高频振动，常用振动频率50Hz；焊件1安装于工作台的夹具中，在水平方向顶锻力的作用下和焊件2端面接触，在两个工件的接触面上发生高频摩擦产生热量，随着温度升高，接触面上的材料发生软化、变形，当变形达到一定程度时，快速停止振动，保证两个工件的上表面对齐，并施加水平方向的顶锻压力，将两个工件连接为一体，完成焊接过程。

线性摩擦焊接过程中的载荷主要有两个，一个是垂直于接触面的顶锻力，另一个是平行接触面的摩擦力。以钛合金材料的焊接为例，当焊接面积为1000mm²时，顶锻力约为70～100KN。随着焊接面积的增大，顶锻力随之正比增大。摩擦力约等于0.5～1倍的顶锻力。

由于线性摩擦焊接的顶锻力和摩擦力非常大，并且存在高频振动，因此所需的线性摩擦焊接设备要有良好的强度和刚度，设备主要包括：床身、水平导轨、导轨滑块、工作台、顶锻油缸活塞杆、顶锻夹具、右侧工件、左侧工件、振动夹具。左侧工件安装在振动夹具上，振动夹具带着左侧工件沿着竖直方向高频振动。

现有技术中的线性摩擦焊接方法和设备主要有三个方面的不足:

(1)高频振动消耗功率大，能量利用率较低；

线性摩擦焊需要振子高频振动，振子质量越大，实现高频振动需要的激振力越大。以可提供最大15吨激振力的线性摩擦焊设备为例，常用振动频率50Hz，振幅～4mm，振子质量230kg，高频振动需要的激振力F=(2*3.14*f)^²*A*m/10^⁷=(2*3.14*50)^²*4*230/10^⁷=9吨，也就是说，大部分功率被高频振动消耗了，能量利用率较低。

(2)焊接精度差；

焊接时，高频振动所需的压力油流量很大，必须选择大流量伺服阀，但流量越大的阀，其阀口较大，对通过阀口的流量进行精密控制非常困难，从而导致焊件在振动方向的对正精度较差。以中型线性摩擦焊设备为例，其回零误差最大为±0.35mm，对于高精度产品，这样的回零精度不能满足产品技术要求。

(3)设备液压系统成本高。

常规的线性摩擦焊接设备通常采用一套体积较大的大功率液压系统实现振动滑台的高频振动和顶锻夹具的顶锻运动，液压系统复杂，成本高。

发明内容

本发明的目的就是解决以上技术中存在的问题，并为此提供一种线性摩擦焊接方法。该方法可以避免常规线性摩擦焊接中的高频振动，避免了高频振动所需的大功率，显著降低成本。

为实现以上技术目的，本发明一种线性摩擦焊接方法，包括以下步骤：

a、将待焊接的第一焊件和第二焊件放置就位，在第一焊件和第二焊件的接触面处插入长条形摩擦板，第一焊件被施加垂直于摩擦板平面的顶锻力，使得第一焊件和第二焊件将摩擦板压紧；

b、摩擦板在所在的平面内高速运动，摩擦板与第一焊件和第二焊件摩擦产生热量，使第一焊件和第二焊件接触面处材料软化；