摩擦焊在车桥生产中的应用

作者：机械工业第四设计研究院 程长坤

欢迎访问e展厅 展厅 9 焊接设备/切割机展厅 交流电焊机, 直流电焊机, 气体保护焊机, 埋弧焊机, 高频焊接机, ... 驱动桥是卡车最重要的零部件之一，车桥质量的好坏直接决定着卡车的使用是否安全。目前，卡车的驱动桥主要有两种生产工艺：一是铸造车桥、采用铸造工艺。这种生产工艺的相对成本较高，存在铸造缺陷、精度差、成材率低及后续机械加工较多等缺点。另一种是焊接车桥，焊接车桥最重要的焊接部位是桥壳总成与轴头之间的焊接，它的焊接质量直接决定着车桥质量的好坏。国内现在以摩擦焊接为主。 重卡焊接驱动车桥结构 重卡驱动桥采用中碳低合金钢，如30Mn2，焊接性能较好。重卡驱动桥结构上一般由上桥壳、下桥壳、轴头和其他小件等通过焊接而成。焊接生产工艺流程一般为：上、下桥壳点定焊接→割琵琶孔、缺口→校直→镗琵琶孔及两平面→钻通气孔及放油孔→焊加强圈→焊后盖→镗车两端内孔外圆及端面→轴头摩擦焊接→校直→焊固定环、垫压板等小件→总成校直、检验→送机械加工车间。驱动桥的种类很多，外形结构各不相同，焊接生产工艺可能也是不一样的。实际生产中，一般根据需要灵活增减生产工艺环节。图1是国内某重卡驱动桥，质量约为250kg，长度约为2000mm。 其中，桥壳与轴头的焊接是焊接车桥生产工艺中最重要的生产工艺环节，它质量的好坏、精度的高低直接决定着车桥的质量，卡车的使用安全程度。 车桥轴头摩擦焊接设备 摩擦焊是利用工件端面相对旋转运动中相互摩擦所产生的热，使端部达到热塑性状态，然后迅速顶锻，完成焊接的一种压焊方法。在摩擦焊的加热过程中，由于两个结合面的相对旋转速度很高，同时又处在较大的轴向压力的作用下，致使凸凹不平相互压入的表面迅速产生塑性变形和机械挖掘、咬接现象。通过塑性变形，破坏了结合面的氧化膜和金属晶粒，并形成了一个高速摩擦塑性变形层。这个金属质点相对滑移速度很高的变形层，就是将机械功变成热能的发热层，也是摩擦焊的热源。 轴头摩擦焊接过程 轴头摩擦焊接时，先将两端面镗平整的桥壳和轴头装卡到位，然后开始摩擦焊接，其过程大致可以分为六步。 第一步，工件焊前测量。将装卡好的轴头、桥壳焊接端面接触一下，测量工件的相对位置和计算顶锻量。 第二步，一级摩擦。桥壳固定不作旋转运动，主电动机推进，高速旋转轴头靠近、接触桥壳端面，此时施加压力较小，摩擦产生的热量小，工件发热少，只有接触面线状红热，基本没有软化材料被挤出焊接端面。 第三步，二级摩擦。主电机进一步推进，增大顶锻压力，轴头高速旋转，在轴头与桥壳之间产生大量的热量，轴头与桥壳焊接端面出现更大面积红热，有少量红热的软化材料被挤出，可以起到密封作用，让焊接端面红热的母材不被氧化。 第四步，维持二级摩擦。随着摩擦时间的增加，轴头与桥壳焊接端面出现更大面积红热，有更多红热的软化母材被挤出，密封作用加强，让焊接端面红热的材料不被氧化，更加洁净。 第五步，随着摩擦时间的增加，更多材料被红热软化，在摩擦压力作用下，有大量轴头与桥壳摩擦面红热软化材料被挤出，使焊接端面红热的材料完全洁净，不被氧化。 第六步，顶锻焊接。高速旋转的轴头停车，轴头向桥壳快速靠近，施加120kN左右的顶锻力，使处于超热塑性的轴头和桥壳端面达到原子间结合而焊接（见图）。 从第一步到第六步，整个过程大约需90s完成。 摩擦焊接完成后，需要把焊接面周围的飞边切除。这时顶锻电动机退回，两半圆切边刀具靠近轴头与桥壳焊接端面；顶锻电动机启动，施加切边压力，剪切飞边。将焊后的车桥卸载到输送辊床上，图3是两轴头焊接好的车桥。 摩擦焊特点 摩擦焊接车桥轴头主要有以下特点： 1. 摩擦焊缝质量好 摩擦焊缝外观非常美观。摩擦焊接过程中轴头和桥壳金属原子相互嵌入和扩算，在顶锻力的作用下，形成锻造组织。焊缝没有夹杂、气孔、未焊透和裂纹等缺陷，故焊缝质量及力学性能都优于母材，且焊后不需要热处理。 2. 生产节拍高 双头摩擦焊机最快生产节拍可以达到130～150s，即24～28JPH，纯焊接时间可以控制在90s以内。 3.设备质量可靠、维护少，易于实现全自动化 4.环保节能 和弧焊及电子束焊相比较，不需要焊丝、保护气体、不产生烟尘和抽真空，且能耗低。 5.能适用多种车桥的焊接 只需要根据车桥的种类更换桥壳和轴头的夹持器就可以实现，方便灵活。 6.占地面积较大 一次投资大，适合年产5万根以上焊接车桥的项目。 由于摩擦焊接具有以上特点，加上人们对其的认识不断加深，随着汽车工业井喷式的发展，在最近设计的车桥项目中摩擦焊机大有取代传统弧焊和电子束焊的趋势。(end)

文章内容仅供参考 (投稿) (如果您是本文作者，请点击此处) (4/17/2013)