半掛車配件橋軸管與軸頭的摩擦焊焊接工藝：

介紹了半掛車配件橋軸管與軸頭焊接的一種新型焊接方法——摩擦焊接,，研究了影響摩擦焊焊接質(zhì)量的因素,，提出了采用摩擦焊焊接掛 車橋軸管與軸頭的工藝技術(shù)參數(shù)后,，焊接接頭質(zhì)量穩(wěn)定，并與傳統(tǒng)采用的MAG焊進(jìn)行了比較分析,。

車橋是汽車行駛系之一,，按車輪的運(yùn)動(dòng)方式可分 為驅(qū)動(dòng)橋,、轉(zhuǎn)向橋,、轉(zhuǎn)向驅(qū)動(dòng)橋和支持橋4種。半掛車配件 橋?qū)儆谥С謽�,，通常由直梁及裝在其兩端上的輪轂及 制動(dòng)鼓總成組成,，兩端輪轂上裝有車輪，作用是用來(lái) 支撐車架,、承受車重,，通過(guò)鋼板彈簧及吊耳與車架連 接，車架所受的垂直載荷通過(guò)車橋傳遞給車輪，車輪 上承受的阻力,、牽引力,、制動(dòng)力等也要通過(guò)車橋傳遞 給車架,，同時(shí)車橋還受路面對(duì)車輪沖擊所形成的彎矩 和轉(zhuǎn)矩,，因此車橋在汽車上起著非常重要的作用，車 橋軸管與軸頭的焊接質(zhì)量也尤為重要,。為保證車橋軸 管與軸頭的焊接接頭質(zhì)量,，滿足焊接接頭高可靠性的 設(shè)計(jì)及使用要求，提出一種環(huán)保高效新型工藝方 法——摩擦焊接,，并對(duì)焊接工藝及接頭性能進(jìn)行了試 驗(yàn)與評(píng)定,。

1摩擦焊原理

摩擦焊是在壓力作用下，通過(guò)被焊工件接觸面之 間相對(duì)運(yùn)動(dòng)進(jìn)行摩擦,，將機(jī)械能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮�,。所產(chǎn)生 摩擦加熱功率為：

N=fjikPV, (1)

式中：從為摩擦系數(shù)；為系數(shù),；P為摩擦壓力,；F 為摩擦相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度。

對(duì)于已知材料,，在足夠摩擦壓力和運(yùn)動(dòng)速度條件 下,，被焊工件接觸面及其附近金屬溫度升高，材料抵

抗變形能力下降,，摩擦面的氧化膜破碎,，伴隨摩擦過(guò) 程的進(jìn)行，工件產(chǎn)生塑性變形,，在適當(dāng)時(shí)刻,，停止工 件間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，施加較大的頂鍛力,，維持一定時(shí) 間,，通過(guò)焊件材料間的相互擴(kuò)散和動(dòng)態(tài)再結(jié)晶冶金反 應(yīng)完成工件連接，實(shí)現(xiàn)固相連接,，摩擦焊焊接過(guò)程如 圖1所示,。

圖1摩擦焊焊接過(guò)程

2摩擦焊焊接設(shè)備

摩擦焊焊接設(shè)備采用長(zhǎng)春數(shù)控機(jī)床有限公司（原 長(zhǎng)春第二機(jī)床廠）生產(chǎn)的C-125C-J型連續(xù)驅(qū)動(dòng)摩擦 焊機(jī)，設(shè)備主要參數(shù)見(jiàn)表1,。

表1摩擦焊機(jī)主要參數(shù)

序號(hào) 項(xiàng)目名稱 參數(shù)

1 最大頂鍛力/kN 1 250

2 主軸轉(zhuǎn)速/(r.mirT1) 580

3 最大焊件直徑（棒料）/mm 100

4 旋轉(zhuǎn)夾具夾料長(zhǎng)度/mm 100-500

5 移動(dòng)夾具最大夾料長(zhǎng)度/mm 1 950

6 滑臺(tái)最大行程/mm 460

7 總功率/kW 180

連續(xù)驅(qū)動(dòng)摩擦焊是將待焊工件分別裝夾在旋轉(zhuǎn)夾 具和移動(dòng)夾具內(nèi),，夾緊后移動(dòng)夾具隨滑臺(tái)一起向旋轉(zhuǎn) 端移動(dòng)，移動(dòng)至設(shè)定的距離后,，旋轉(zhuǎn)夾具帶動(dòng)工件以

恒定的轉(zhuǎn)速開(kāi)始旋轉(zhuǎn),，工件接觸后摩擦加熱，移動(dòng)滑 臺(tái)繼續(xù)前進(jìn)，當(dāng)達(dá)到設(shè)定時(shí)間或位移后,，旋轉(zhuǎn)端停止 旋轉(zhuǎn),，頂鍛開(kāi)始，施加較大的頂鍛力并保壓一段時(shí) 間,，旋轉(zhuǎn)夾具松開(kāi),，滑臺(tái)后退，退至原位置后,，移動(dòng) 夾具松開(kāi),，取出工件，焊接過(guò)程結(jié)束,。焊接過(guò)程主要 參數(shù)隨時(shí)間變化規(guī)律如圖2所示,。

3軸管與軸頭的摩擦焊接

選擇10 t半掛車配件橋軸管與軸頭的摩擦焊焊接件作 為被檢測(cè)工件，軸管采用25Mn2鋼的熱軋鋼管（化 學(xué)成分見(jiàn)表1),，其規(guī)格為^>127 mmxl2 mm,結(jié)構(gòu)如 圖3所示,；軸頭采用45鋼鍛造精加工而成。

為保證接頭質(zhì)量,，在焊接前對(duì)軸管,、軸頭的摩擦 面機(jī)加工處理，去除銹蝕,、氧化皮等雜質(zhì),，露出金屬

光澤，并保證端面與工件軸線的垂直度名0.76 mm,。 工件在焊接過(guò)程中易受軸向力的作用引起滑退,，故在 工件后側(cè)設(shè)置頂桿，防止滑退,。

(1)焊接工藝參數(shù)的選擇 摩擦焊接量：?jiǎn)芜? mm

主軸轉(zhuǎn)速：580r/min (圓周表面速度3.85 m/s); 一級(jí)摩擦壓力：2 MPa;

一級(jí)摩擦?xí)r間：4S;

二級(jí)摩擦壓力：4 MPa;

二級(jí)摩擦位移：14 mm;

頂鍛壓力：8 MPa;

頂鍛保壓時(shí)間：10 s,。

摩擦及頂鍛壓力按下式計(jì)算：

P=qyf!F, (2)

式中：P為主油缸前腔摩擦及頂鍛壓力，MPa;/為工 件焊接面,，mm2; 9為摩擦或頂鍛壓力（壓強(qiáng)）,，N/mm2； F為主油缸前腔兩缸總面積,，為74 800mm2,。

根據(jù)式（2)計(jì)算可得作用在工件上的一級(jí)摩擦 壓力為：

qi=PxF/f=2xl4 800/4 333.2=34.5 MPa；

作用在工件上的二級(jí)摩擦壓力為： q2=PxF/f^4x74 800/4 333.2=69 MPa,；

作用在工件上的頂鍛壓力為：

學(xué)8x74 800/4 333.2=138 MPa,。

(2)工藝流程

半掛車配件橋軸管-軸頭焊接工藝流程如圖5所示。

圖5半掛車配件橋軸管•■軸頭摩擦焊接流程圖

摩擦焊接前將軸頭固定在旋轉(zhuǎn)夾具上,，軸管固定 在移動(dòng)夾具上,，后方設(shè)置相應(yīng)的頂桿,，對(duì)整個(gè)焊接過(guò)

程進(jìn)行模擬焊接，確認(rèn)無(wú)誤后,，對(duì)工件進(jìn)行正式摩擦 焊接,，焊接后的軸管-軸頭組件及接頭如圖6所示。

2063.5±2.5

4摩擦焊接后檢測(cè)分析

該次試驗(yàn)共焊接2件半掛車配件橋軸管,、軸頭總成,，1 件做硬度、金相,、彎曲等檢測(cè),，1件做垂直彎曲疲勞 試驗(yàn),，具體檢驗(yàn)結(jié)果如下,。

(1)外觀及尺寸檢査

摩擦焊接后的軸管、軸頭總成總長(zhǎng)度為2 064 mm和2 063.5 mm (符合圖樣要求）,，以圖6中^4, B (軸頭內(nèi)側(cè)軸承頸）為基準(zhǔn)檢查C處（軸頭外側(cè)軸承 頸）,，跳動(dòng)量分別為0.55，0.60,，0.65,，0.50mm。對(duì) 摩擦焊縫表面進(jìn)行目測(cè)檢查,，焊縫及卷邊完好,，無(wú) 裂紋，卷邊表面圓滑過(guò)渡并表層覆蓋氧化皮,，接頭 橫截面形狀,。

(2)硬度

對(duì)摩擦焊焊縫兩側(cè)熱影響區(qū)、軸管及軸頭進(jìn)行硬 度檢測(cè),，具體數(shù)值見(jiàn)表2,。

表2硬度檢測(cè)數(shù)值（HV)

件號(hào) 軸管 軸管熱影響區(qū) 軸頭熱影響區(qū) 軸頭

236 232 244 265

2 252 235 219 272

3 255 218 228 268

4 228 223 248 245

5 262 226 221 252

6 253 238 253 257

摩擦焊接是待工件加熱至紅熾狀態(tài)后在頂鍛力的 作用下將塑性變形層中的氧化物及其他雜質(zhì)擠出，使 焊縫得到鍛壓,，故焊縫組織相對(duì)細(xì)膩,，晶粒得到細(xì)化。