振动摩擦机在焊接过程中主要分为固体摩擦阶段、固液相变阶段、稳态流动阶段和冷却阶段,各阶段特点及作用如下:

一、固体摩擦阶段
核心作用:两个零件表面相互摩擦,通过库仑摩擦力产生热量,使材料表层被加热达到熔点。
关键细节:
热量产生的快慢取决于材料摩擦性能和焊接参数(频率、振幅和压力)。
此时焊接元件之间没有渗透,熔融层厚度开始增大。
二、固液相变阶段
核心作用:材料的加热方式由表面摩擦生热转变为熔融状态下的层与层之间的剪应力加热。
关键细节:
熔融层厚度不断增大,但随着熔融层深度加大,加热能力逐渐减少。
界面材料开始熔化并在横向方向上向外流动,熔融体的厚度层最初非常小,剪切速率很高,材料外流也非常小。
三、稳态流动阶段
核心作用:熔融速率等于向外流动速率,熔融层的厚度变得恒定。
关键细节:
只要达到这一阶段,熔融深度随时间变化线性增加,熔化速度较为稳定。
焊接深度达到临界阀值(即第三阶段的最小深度)时,焊接强度能够达到母体材料强度。此后,焊接深度继续增大不会提高焊接强度。
四、冷却阶段
核心作用:振动停止后,熔融塑料层在静态压力下冷却并开始凝固,形成坚固的接头。
关键细节:
熔融材料在恒定压力下仍会从焊接区域流出,直到完全冷却凝固。
焊缝在静态压力下凝固,使零件永久结合。
阶段间协同作用与参数控制
整体协同:四个阶段紧密衔接,固体摩擦阶段为后续相变提供初始热量,固液相变阶段完成材料状态转变,稳态流动阶段确保熔融层稳定形成,冷却阶段最终实现接头固化。
参数控制:
焊接深度:决定焊缝强度的核心参数,需达到临界阀值以确保强度达标。
频率与振幅:影响摩擦热量生成速率,需根据材料特性调整(如120-240Hz频率范围)。
压力:通过液压系统控制,确保焊接过程中零件充分接触,促进熔融材料均匀分布。