盘点超声波焊接和摩擦焊接的原理及其关系
盘点超声波焊接和摩擦焊接的原理及其关系
超声波焊接和摩擦焊接是两种重要的焊接技术，它们在工业生产中有着广泛的应用。本文将详细介绍这两种焊接技术的原理、发展历程及其优缺点，并探讨它们之间的关系。
超声波焊接原理
超声波金属焊接是19世纪30年代偶然发现的。当时在作电流点焊电极加超声振动试验时，发现不通电流也能焊接上，因而发展了超声金属冷焊技术。超声波焊接虽然发现较早，但是到目前为止，其作用机理还不是很清楚。它类似于摩擦焊，但有区别，超声焊接时间很短，温度低于再结晶；它与压力焊也不相同，因为所加的静压力比压力焊小的多。
一般认为在超声波焊接过程中的初始阶段，切向振动出去金属表面的氧化物，并是粗糙表面的突出部分产生反复的微焊和破坏的过程而使接触面积增大，同时使焊区温度升高，在焊件交界面产生塑性变形。这样在接触压力的作用下，相互接近到原子引力能够发生作用的距离时，即形成焊点。焊接时间过长，或 超声波振幅过大会使焊接强度下降，甚至破坏。
摩擦焊接的原理
摩擦焊，是指利用工件接触面摩擦产生的热量为热源，使工件在压力作用下产生塑性变形而进行焊接的方法。
在压力作用下，是在恒定或递增压力以及扭矩的作用下，利用焊接接触端面之间的相对运动在摩擦面及其附近区域产生摩擦热和塑形变形热，使及其附近区域温度上升到接近但一般低于熔点的温度区间，材料的变形抗力降低、塑性提高、界面的氧化膜破碎，在顶锻压力的作用下，伴随材料产生塑性变形及流动，通过界面的分子扩散和再结晶而实现焊接的固态焊接方法。
摩擦焊通常由如下四个步骤构成:1、机械能转化为热能;2、材料塑性变形;3、热塑性下的锻压力;4、分子间扩散再结晶。
摩擦焊相较传统熔焊最大的不同点在于整个焊接过程中，待焊金属获得能量升高达到的温度并没有达到其熔点，即金属是在热塑性状态下实现的类锻态固相连接。
摩擦焊接的起源可追溯到公元1891年，当时美国批准了这种焊接方法的第一个专利。该专利是利用摩擦热来连接钢缆。随后德国、英国、苏联、日本等国家先后开展了摩擦焊接的生产与应用。我国是世界上研究摩擦焊接最早的国家之一，早在1957年就实验成功了铝-铜摩擦焊。多年来，摩擦焊接以其优质、高效、节能、无污染的技术特色，深受制造业的重视，特别是不断开发出摩擦焊接的新技术，如超塑性摩擦焊接、线性摩擦焊接、搅拌摩擦焊接等，使其在航空、航天、核能、海洋开发等高技术领域及电力、机械制造、石油钻探、汽车制造等产业部门得到了愈来愈广泛的应用。
摩擦焊接的优缺点有哪些?
摩擦焊的缺点：靠工件转动完成，焊接非圆截面较艰难。盘类工件及厚壁管材，因为不容易夹紧也难以焊接。受焊机主轴电机输出功率的 限制，摩擦焊机一次性项目投资花费大，适合大批量生产。
超过母材。摩擦焊接强度一般都会超过母材，摩擦焊接的强度取决于母材，母材的强度越高，那么摩擦焊接的强度就会越高。摩擦焊接的优点就是质量高，而且稳定，并且具有广泛的可焊性，而且焊件的尺寸精度和几何精度非常高。
在热激活作用下，这层粘塑性金属发生动态再结晶，使变形抗力降低，故摩擦扭矩升高到一定程度(前峰值扭矩)后逐渐降低。
超声波是压力焊吗?
超声波焊是属于压力焊一大类的。焊接分为压焊，熔化焊，钎焊三大类；详细类别参考下图。
是。超生波焊是利用超声波使焊条发出共振，使焊条内分子运动加剧，从而使分子间互相碰撞和摩擦而产生大量的热，使焊条温度升高，达到焊接的目的，是一种压力焊。
超声波振动作用停止后，焊接系统继续施加特定强度和时间的压力，焊接面利用原子键的链接达到焊接定形。超声焊接过程相比普通焊接方式时间大大缩短，焊接的牢固程度要大大高于普通焊接。
超声波焊属于压力焊。超声波焊是压力焊的一种，压力焊分为五种，还有有对焊，滚焊，点凸焊，扩散焊，其余四种压力焊焊接方法被统称为电阻焊。
压力焊有：电阻焊、摩擦焊、扩散焊、超声波焊、爆炸焊。电阻焊 工件组合后通过电极施加压力，利用电流通过接头的接触面及邻近区域产生的电阻热进行焊接的方法。电阻焊常用来焊汽车零件，冲压件。
中国专家首创“超声振动强化搅拌摩擦焊接技术”
2018年，没有火光、没有烟雾、没有焊枪，山东大学焊接实验室里的自动化焊接装备颠覆着人们对焊接的传统印象。开启设备后，旋转的搅拌针缓缓插入两个高强铝合金缝隙中，在超声波的作用下，数十秒便完成一块6㎜厚、20㎝长铝合金的焊接。该项技术破解了铝、镁合金等材料的焊接难题，拓荒焊接“无人区”，可用于航天、高速列车、电子元件汽车材料应用等多领域。
超声波每秒振动2万多次，可产生使金属变软、易变形的软化效应。该项目组已研制出两种超声强化搅拌摩擦焊设备，一种是将超声波作用于金属上，另一种是将超声波作用于设备搅拌头上，均可大幅提升焊接效率和质量。该焊接技术颠覆了以往焊条、火光加焊枪的传统焊接工艺，具有绿色、节能的特点，该技术焊接的新材料产品材质较轻，可降低生产成本，实现节能减排。除避免传统焊接产生的气孔、夹渣、裂纹等缺陷，与常规搅拌摩擦焊接技术相比，超声强化搅拌摩擦焊接技术不仅大幅提升焊接速度和质量，降低30%~50%的焊接成本，而且使焊缝强度达到原材料强度的90%。
文章来源： 我叫老胖，灵科超声波小K，中国新闻网，焊接百科