摩擦焊接

利用熱塑性塑料間摩擦所生成的摩擦熱而使其在摩擦面發生熔化，而後加壓，在壓力下冷卻使其焊合的方法稱為摩擦焊接。此法最適用於旋轉體制件。與金屬摩擦焊類似，焊接時一件固定，另一件旋轉並加壓力。

焊接實心部件時，由於旋轉體外緣線速度高，故摩擦熱自中心至外緣遞增，使接頭處存在焊接應力，為此可將焊合面做成球面狀，以期摩擦先在中心處發生，而後逐漸推向邊緣。

對於熱塑性塑料可用焊接的方法得到滿意的接頭。在實際生產中除焊接外還可以對塑料進行粘合和機械連接，尤其是對那些不能用焊接方法焊合的塑料只能用粘結和機械連接。 ^[2] 

在兩個焊件的焊接端面上加一定的軸向壓力，並使接觸面作劇烈的摩擦運動，摩擦產生的熱，把接觸面加熱到一定的焊接温度（一般為稍低於材料的熔點，如碳鋼的焊接温度）時急速停止運動，並施以一定的頂鍛壓力，使兩個焊件金屬產生一定量的塑性變形，從而把兩個焊件牢固地焊接在一起。 ^[3] 

結合分析焊接過程，對於同類金屬的摩擦焊接可分為三個階段：

①兩個焊件接觸表面開始摩擦，首先是使表面附着的氧化物及雜質受到破壞與排除，同時接觸表面凹凸不平的地方產生塑性變形，晶粒受到破壞，結果是接觸面被加熱，並顯露出較平整的純潔金屬表面。

②對純潔金屬的接觸表面繼續進行摩擦運動，使接觸面温度繼續升高，塑性變形增大，開始產生金屬的相互“粘接”現象（即局部焊合）。隨着摩擦運動的繼續，焊件接觸表面附近的温度迅速上升，並接近或達到焊接温度。

③當到達焊接温度時，金屬塑性很大。在急速停止相對運動並加以很大的頂鍛壓力時，使兩個焊件產生很大的塑性變形，接觸表面金屬原子更靠近，出現相互擴散和晶間連繫，形成共同的重結晶、中間化合物及少量的再結晶晶粒，從而把兩焊件焊接在一起。

對於異種金屬的摩擦焊接，由於兩金屬的硬度、塑性與熔點的差異，其摩擦焊接過程的機理也有區別。例如銅鋁在摩擦焊接過程中，最初是兩種金屬原子在摩擦熱與壓力作用下，相互滲透擴散。在接頭表面形成兩種金屬的合金。這種合金和原來金屬性能不同，如塑性降低，強度增高。所以最初是銅鋁金屬之間的摩擦，當形成極薄的合金層後，由於它的強度比鋁高，在鋁的一側就成為抗剪強度最低點，所以摩擦逐漸變為合金層與鋁之間的摩擦。可見銅鋁摩擦焊接是以銅的摩擦面為基礎成長起來的。這種概念從試驗觀察也可得到證實，如果摩擦到最後不施加頂鍛力，即把兩焊件分開，可以明顯地看到在銅件上已焊上一層極薄的含銅的合金。這層合金隨時間增長而變厚，並逐漸趨於純鋁，這時合金厚度就不再增長了。當然，如果最後施加了頂鍛力，兩者就焊在一起了。 ^[3] 

生產實踐證明，作為熱壓焊之一的摩擦焊，除了具有一般熱壓焊的優點外，還有其突出的優點。

1．焊接接頭的質量高而且穩定。基本上能達到100%的合格率，接頭強度一般都超過母材。這是因為在摩擦焊的整個過程中，焊接表面在固相狀態下，始終受軸向力的鐓鍛作用。另外，由於利用焊接表面的相互摩擦作為熱源，整個表面同時被加熱，焊接時間極短，熱影響區小，因此，只要合理地選擇焊接規範，焊機設計得當，焊接規範的重現性好，就完全可以避免裂紋、氣孔、夾渣及未溶透等熔化焊時所常見的缺陷，而得到均勻一致的接頭質量。

2．具有比較廣泛的可焊性。它不僅可用來焊接相同的金屬材料，而且特別適用於性能相差較大的異種金屬的焊接。某些異種金屬用普通的熔化焊或閃光對接焊時，會由於接頭內生成金屬間脆性化合物而無法進行焊接或難以得到優質的接頭。採用摩擦焊接時，可以在較廣的範圍內選擇和控制焊接温度，並且焊接時間很短，因此能比較容易地防止或大大減少金屬間脆性化合物的生成，從而獲得良好的焊接接頭。

3．焊件的尺寸精度和幾何精度高。摩擦焊機實際上相當於一台帶有加壓機構的車牀，按照現代機牀的設計及製造技術來講，使它具有足夠的精度及剛性並不困難。此外，再採用適當的控制方法，可使焊件在焊接後的長度誤差小於±0.2毫米，偏心度可在0.2毫米之內。

4．降低了製造成本。摩擦焊時，焊件的焊接餘量小，焊口的裝配要求不高，焊接功率小，省電能。

5．勞動條件好。沒有火花、弧光、有害氣體，也無振動、無噪音等。

6．摩擦焊容易實現全自動化。 ^[4]