半挂车配件桥轴管与轴头的摩擦焊焊接工艺

半挂车配件桥轴管与轴头的摩擦焊焊接工艺：

介绍了半挂车配件桥轴管与轴头焊接的一种新型焊接方法——摩擦焊接，研究了影响摩擦焊焊接质量的因素，提出了采用摩擦焊焊接挂 车桥轴管与轴头的工艺技术参数后，焊接接头质量稳定，并与传统采用的MAG焊进行了比较分析。

车桥是汽车行驶系之一，按车轮的运动方式可分 为驱动桥、转向桥、转向驱动桥和支持桥4种。半挂车配件 桥属于支持桥，通常由直梁及装在其两端上的轮毂及 制动鼓总成组成，两端轮毂上装有车轮，作用是用来 支撑车架、承受车重，通过钢板弹簧及吊耳与车架连 接，车架所受的垂直载荷通过车桥传递给车轮，车轮 上承受的阻力、牵引力、制动力等也要通过车桥传递 给车架，同时车桥还受路面对车轮冲击所形成的弯矩 和转矩，因此车桥在汽车上起着非常重要的作用，车 桥轴管与轴头的焊接质量也尤为重要。为保证车桥轴 管与轴头的焊接接头质量，满足焊接接头高可靠性的 设计及使用要求，提出一种环保高效新型工艺方 法——摩擦焊接，并对焊接工艺及接头性能进行了试 验与评定。

1摩擦焊原理

摩擦焊是在压力作用下，通过被焊工件接触面之 间相对运动进行摩擦，将机械能转变为热能。所产生 摩擦加热功率为：

N=fjikPV, (1)

式中：从为摩擦系数；为系数；P为摩擦压力；F 为摩擦相对运动速度。

对于已知材料，在足够摩擦压力和运动速度条件 下，被焊工件接触面及其附近金属温度升高，材料抵

抗变形能力下降，摩擦面的氧化膜破碎，伴随摩擦过 程的进行，工件产生塑性变形，在适当时刻，停止工 件间的相对运动，施加较大的顶锻力，维持一定时 间，通过焊件材料间的相互扩散和动态再结晶冶金反 应完成工件连接，实现固相连接，摩擦焊焊接过程如 图1所示。

图1摩擦焊焊接过程

2摩擦焊焊接设备

摩擦焊焊接设备采用长春数控机床有限公司（原 长春第二机床厂）生产的C-125C-J型连续驱动摩擦 焊机，设备主要参数见表1。

表1摩擦焊机主要参数

序号 项目名称 参数

1 最大顶锻力/kN 1 250

2 主轴转速/(r.mirT1) 580

3 最大焊件直径（棒料）/mm 100

4 旋转夹具夹料长度/mm 100-500

5 移动夹具最大夹料长度/mm 1 950

6 滑台最大行程/mm 460

7 总功率/kW 180

连续驱动摩擦焊是将待焊工件分别装夹在旋转夹 具和移动夹具内，夹紧后移动夹具随滑台一起向旋转 端移动，移动至设定的距离后，旋转夹具带动工件以

恒定的转速开始旋转，工件接触后摩擦加热，移动滑 台继续前进，当达到设定时间或位移后，旋转端停止 旋转，顶锻开始，施加较大的顶锻力并保压一段时 间，旋转夹具松开，滑台后退，退至原位置后，移动 夹具松开，取出工件，焊接过程结束。焊接过程主要 参数随时间变化规律如图2所示。

3轴管与轴头的摩擦焊接

选择10 t半挂车配件桥轴管与轴头的摩擦焊焊接件作 为被检测工件，轴管采用25Mn2钢的热轧钢管（化 学成分见表1)，其规格为^>127 mmxl2 mm,结构如 图3所示；轴头采用45钢锻造精加工而成。

为保证接头质量，在焊接前对轴管、轴头的摩擦 面机加工处理，去除锈蚀、氧化皮等杂质，露出金属

光泽，并保证端面与工件轴线的垂直度名0.76 mm。 工件在焊接过程中易受轴向力的作用引起滑退，故在 工件后侧设置顶杆，防止滑退。

(1)焊接工艺参数的选择 摩擦焊接量：单边8 mm

主轴转速：580r/min (圆周表面速度3.85 m/s); 一级摩擦压力：2 MPa;

一级摩擦时间：4S;

二级摩擦压力：4 MPa;

二级摩擦位移：14 mm;

顶锻压力：8 MPa;

顶锻保压时间：10 s。

摩擦及顶锻压力按下式计算：

P=qyf!F, (2)

式中：P为主油缸前腔摩擦及顶锻压力，MPa;/为工 件焊接面，mm2; 9为摩擦或顶锻压力（压强），N/mm2； F为主油缸前腔两缸总面积，为74 800mm2。

根据式（2)计算可得作用在工件上的一级摩擦 压力为：

qi=PxF/f=2xl4 800/4 333.2=34.5 MPa；

作用在工件上的二级摩擦压力为： q2=PxF/f^4x74 800/4 333.2=69 MPa；

作用在工件上的顶锻压力为：

學8x74 800/4 333.2=138 MPa。

(2)工艺流程

半挂车配件桥轴管-轴头焊接工艺流程如图5所示。

图5半挂车配件桥轴管•■轴头摩擦焊接流程图

摩擦焊接前将轴头固定在旋转夹具上，轴管固定 在移动夹具上，后方设置相应的顶杆，对整个焊接过

程进行模拟焊接，确认无误后，对工件进行正式摩擦 焊接，焊接后的轴管-轴头组件及接头如图6所示。

2063.5±2.5

4摩擦焊接后检测分析

该次试验共焊接2件半挂车配件桥轴管、轴头总成，1 件做硬度、金相、弯曲等检测，1件做垂直弯曲疲劳 试验，具体检验结果如下。

(1)外观及尺寸检査

摩擦焊接后的轴管、轴头总成总长度为2 064 mm和2 063.5 mm (符合图样要求），以图6中^4, B (轴头内侧轴承颈）为基准检查C处（轴头外侧轴承 颈），跳动量分别为0.55，0.60，0.65，0.50mm。对 摩擦焊缝表面进行目测检查，焊缝及卷边完好，无 裂纹，卷边表面圆滑过渡并表层覆盖氧化皮，接头 横截面形状。

(2)硬度

对摩擦焊焊缝两侧热影响区、轴管及轴头进行硬 度检测，具体数值见表2。

表2硬度检测数值（HV)

件号 轴管 轴管热影响区 轴头热影响区 轴头

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热至红炽状态后在顶锻力的 作用下将塑性变形层中的氧化物及其他杂质挤出，使 焊缝得到锻压，故焊缝组织相对细腻，晶粒得到细化。