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參數后，焊接接頭質量穩定，并與傳統采用的MAG焊進行了比較分析。

車橋是汽車行駛系之一，按車輪的運動方式可分 為驅動橋、轉向橋、轉向驅動橋和支持橋4種。半掛車配件 橋屬于支持橋，通常由直梁及裝在其兩端上的輪轂及 制動鼓總成組成，兩端輪轂上裝有車輪，作用是用來 支撐車架、承受車重，通過鋼板彈簧及吊耳與車架連 接，車架所受的垂直載荷通過車橋傳遞給車輪，車輪 上承受的阻力、牽引力、制動力等也要通過車橋傳遞 給車架，同時車橋還受路面對車輪沖擊所形成的彎矩 和轉矩，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量也尤為重要。為保證車橋軸 管與軸頭的焊接接頭質量，滿足焊接接頭高可靠性的 設計及使用要求，提出一種環保高效新型工藝方 法——摩擦焊接，并對焊接工藝及接頭性能進行了試 驗與評定。

1摩擦焊原理

摩擦焊是在壓力作用下，通過被焊工件接觸面之 間相對運動進行摩擦，將機械能轉變為熱能。所產生 摩擦加熱功率為：

N=fjikPV, (1)

式中：從為摩擦系數；為系數；P為摩擦壓力；F 為摩擦相對運動速度。

對于已知材料，在足夠摩擦壓力和運動速度條件 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 程的進行，工件產生塑性變形，在適當時刻，停止工 件間的相對運動，施加較大的頂鍛力，維持一定時 間，通過焊件材料間的相互擴散和動態再結晶冶金反 應完成工件連接，實現固相連接，摩擦焊焊接過程如 圖1所示。

圖1摩擦焊焊接過程

2摩擦焊焊接設備

摩擦焊焊接設備采用長春數控機床有限公司（原 長春第二機床廠）生產的C-125C-J型連續驅動摩擦 焊機，設備主要參數見表1。

表1摩擦焊機主要參數

序號 項目名稱 參數

1 最大頂鍛力/kN 1 250

2 主軸轉速/(r.mirT1) 580

3 最大焊件直徑（棒料）/mm 100

4 旋轉夾具夾料長度/mm 100-500

5 移動夾具最大夾料長度/mm 1 950

6 滑臺最大行程/mm 460

7 總功率/kW 180

連續驅動摩擦焊是將待焊工件分別裝夾在旋轉夾 具和移動夾具內，夾緊后移動夾具隨滑臺一起向旋轉 端移動，移動至設定的距離后，旋轉夾具帶動工件以

恒定的轉速開始旋轉，工件接觸后摩擦加熱，移動滑 臺繼續前進，當達到設定時間或位移后，旋轉端停止 旋轉，頂鍛開始，施加較大的頂鍛力并保壓一段時 間，旋轉夾具松開，滑臺后退，退至原位置后，移動 夾具松開，取出工件，焊接過程結束。焊接過程主要 參數隨時間變化規律如圖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 為被檢測工件，軸管采用25Mn2鋼的熱軋鋼管（化 學成分見表1)，其規格為^>127 mmxl2 mm,結構如 圖3所示；軸頭采用45鋼鍛造精加工而成。

為保證接頭質量，在焊接前對軸管、軸頭的摩擦 面機加工處理，去除銹蝕、氧化皮等雜質，露出金屬

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

(1)焊接工藝參數的選擇 摩擦焊接量：單邊8 mm

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

一級摩擦時間：4S;

二級摩擦壓力：4 MPa;

二級摩擦位移：14 mm;

頂鍛壓力：8 MPa;

頂鍛保壓時間：10 s。

摩擦及頂鍛壓力按下式計算：

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），N/mm2； F為主油缸前腔兩缸總面積，為74 800mm2。

根據式（2)計算可得作用在工件上的一級摩擦 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夾具上，軸管固定 在移動夾具上，后方設置相應的頂桿，對整個焊接過

程進行模擬焊接，確認無誤后，對工件進行正式摩擦 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摩擦焊接后檢測分析

該次試驗共焊接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，1件做垂直彎曲疲勞 試驗，具體檢驗結果如下。

(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 (軸頭內側軸承頸）為基準檢查C處（軸頭外側軸承 頸），跳動量分別為0.55，0.60，0.65，0.50mm。對 摩擦焊縫表面進行目測檢查，焊縫及卷邊完好，無 裂紋，卷邊表面圓滑過渡并表層覆蓋氧化皮，接頭 橫截面形狀。

(2)硬度

對摩擦焊焊縫兩側熱影響區、軸管及軸頭進行硬 度檢測，具體數值見表2。

表2硬度檢測數值（HV)

件號 軸管 軸管熱影響區 軸頭熱影響區 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擠出，使 焊縫得到鍛壓，故焊縫組織相對細膩，晶粒得到細化。