一种适合于小直径工件摩擦焊接的主轴机构、焊接装置及方法与流程

1.本发明涉及摩擦焊接技术领域，尤其涉及一种适合于小直径工件摩擦焊接装的主轴机构、焊接装置及方法。


背景技术：

2.核电建造过程涉及到大量t接结构的钢筋预埋件，若采用摩擦焊接的方式进行焊接，不仅焊接效率高、焊接质量稳定，且焊接过程无烟无尘、绿色环保，因此摩擦焊技术在核电钢筋预埋件焊接中具有巨大的应用潜力，同时在其他建筑领域也有广泛的应用前景。
3.然对于小直径（直径不大于φ16mm）钢筋而言，采用摩擦焊接技术容易存在以下问题：1、小直径钢筋横截面积较小，需要设置更高的转速进行摩擦产热，对摩擦焊设备旋转主轴电机要求更高；2、钢筋、钢板截面积相差较大，钢筋钢板t接摩擦焊接过程散热不均匀，钢板侧散热块，钢筋散热慢，接缝处容易产生缺陷；3、焊接过程小直径钢筋很容易产生自磨损，与钢板有效的焊合面积较小且存在极限值，因此会降低接头力学性能，尤其是拉伸力学性能；4、同等钢筋伸出量的情况下，小直径钢筋刚性较低，一级摩擦阶段极易发生颤动，影响焊接质量的稳定性；5、为了获得更大的焊合面积，需增大钢筋伸出量，随着钢筋自由端伸出量的增加，焊接过程的颤动更加严重，钢筋焊接变形增加，甚至直接发生挠曲变形，影响正常焊接。
4.以上问题阻碍了小直径工件摩擦焊接的实际推广应用。现有技术中，主要采用焊前预热或改变接头形式的方式，以解决摩擦焊工件截面相差较大和提高焊接质量的问题，预热方式包括电阻加热、摩擦预热、火焰加热等。电阻加热对于一板多筋的接头容易造成电流分流，且增加设备制造难度，摩擦预热和火焰加热会增加了焊接时间，降低了生产效率；通过改变接头形状（如钢筋和钢板采用锥头和锥孔配合）对于小直径钢筋的刚性问题并无解决。因此，有必要研究一种适合于小直径工件摩擦焊接的主轴机构、焊接装置和方法，提升焊接质量。


技术实现要素：

5.本发明要解决的技术问题是：解决上述背景技术中存在的问题，提供一种适合于小直径工件摩擦焊接的主轴机构，主轴机构能够夹持套管和定位待焊工件，增加与钢板的接触面积，对摩擦焊设备旋转主轴要求降低，套管防止待焊工件颤动，并能够使待焊工件与待焊钢板之间均匀升温，焊接质量稳定，提高工件与钢板之间焊接的力学性能。
6.本发明要解决的另一个技术问题是：提供一种采用上述主轴机构的焊接装置，通过该装置，能够对小直径钢筋进行批量焊接，焊接工件的接头力学性能好，焊接后的小直径
钢筋不弯曲变形，焊接质量高。
7.本发明还要解决的一个技术问题是：提供一种采用上述焊接装置进行焊接的方法，通过该方法实现小直径钢筋与钢板的摩擦焊接。
8.为了实现上述的技术特征，本发明的目的是这样实现的：一种适合于小直径工件摩擦焊接的主轴机构，所述主轴机构包括管状的主轴腔体，主轴腔体的内部转动的安装有主轴，所述主轴的前端部与锥套连接，后端与主轴驱动轮连接，锥套内滑动的安装有与之相配合的弹性夹头，弹性夹头远离主轴的一端安装有夹具，弹性夹头靠主轴的一端与安装在主轴内的拉管连接，拉管与回转油缸的伸缩杆连接，回转油缸与主轴驱动轮连接固定，拉管内安装有顶杆；使用状态下，回转油缸的伸缩杆回缩使弹性夹头收缩，从而使夹具夹紧套管和待焊工件，待焊工件位于套管内并与顶杆抵靠。
9.所述主轴腔体的内部靠近两端分别设有后主轴轴承和前主轴轴承，主轴安装在两个主轴轴承的内圈，后主轴轴承在远离前主轴轴承一侧设有顶环，顶环套装在主轴上，顶环一侧抵靠后主轴轴承的内圈，另一侧与安装在主轴后端部的主轴驱动轮抵靠，所述主轴的后端部设有外螺纹，环形螺母安装在外螺纹上抵靠主轴驱动轮，从而使主轴在主轴腔体内定位转动；主轴腔体的两端分别安装有前端盖和后端盖，前端盖和后端盖分别套装在主轴上，将前后主轴轴承密封，顶环位于后端盖与主轴之间，顶环与后端盖间隙配合。
10.所述主轴的前端部安装有过渡环，过渡环一侧连接在主轴的前端部，另一侧与锥套连接固定。
11.所述回转油缸通过转接法兰与主轴驱动轮连接，转接法兰一侧与回转油缸连接固定，另一侧与主轴驱动轮连接固定。
12.所述拉管一端与弹性夹头螺纹连接，所述弹性夹头靠主轴的一端设有内螺纹，拉管端部设有外螺纹；所述拉管另一端通过连接轴与回转油缸的伸缩杆连接，所述顶杆远离夹具的一端抵靠在连接轴的端部。
13.所述夹具由多个扇形部件组成，所述夹具包括轴体，轴体的中部外壁设有凸缘，凸缘设有安装孔与弹性夹头螺栓连接，轴体位于弹性夹头内的一端中心设有用于待焊工件穿过的定位通道，轴体另一端的中心设有用于夹持套管的夹持通道，定位通道与夹持通道连通，位于夹持通道一侧的轴体上设有紧固螺纹孔，紧固螺栓安装在紧固螺纹孔中。
14.一种适合于小直径工件摩擦焊接的焊接装置，包括机座、滑台机构、顶推机构、主轴箱，以及主轴机构；所述机座包括底座，底座的两端上侧分别安装有左支撑体和右支撑体，左支撑体和右支撑体向上延伸，顶部通过横梁连接，所述主轴箱固定安装在底座上，一侧与左支撑体连接固定，主轴机构安装在主轴箱上，弹性夹头一端朝向右支撑体，用于驱动主轴转动的第一电机安装主轴箱内，第一电机的输出轴安装有带轮，通过皮带与主轴驱动轮配合传动，所述顶推机构安装在右支撑体内，所述左支撑体和右支撑体之间的底座上设有滑道，滑台机构与滑道配合连接，通过顶推机构的推拉，滑台机构能够沿滑道导向滑动；所述滑台机构靠主轴机构一侧设有夹台，夹台能够左右和上下滑动。
15.所述滑台机构包括滑座，滑座底部与滑道滑动配合连接，滑座侧面通过横向的第一直线导轨副与夹台连接，滑座与第一直线导轨副垂直的侧面固定安装有第一伺服电机，第一伺服电机通过第一滚珠丝杆副驱动夹台沿左右运动；所述夹台包括滑台底座，滑台底座远离滑座一侧设有纵向的第二直线导轨副与夹板连接，滑台底座的顶部安装有第二伺服
电机，第二伺服电机通过滚珠丝杆副驱动夹板上下运动；所述夹板设有定位板和/或夹持机构，用于对放置在夹板上的待焊钢板进行固定。
16.所述顶推机构包括外管体，外管体内靠近两端分别设有转管轴承，转管轴承的内圈安装有转管，外管体的两端分别安装有密封环，密封环套装在转管外，转管靠滑台机构一端固定安装有管状螺母，另一端安装有皮带轮，所述转管位于皮带轮与靠近皮带轮一侧的转管轴承之间设有定位环，皮带轮一侧抵靠定位环使转管在外管体内定位转动，位于皮带轮另一侧的转管上安装有圆螺母，圆螺母抵靠皮带轮，使皮带轮定位在转管上；顶推丝杆转动的安装在管状螺母内，顶推丝杆一端设有柔性连接器与滑台机构连接；用于驱动转管转动的第二电机安装在顶推机构下方的底座上，第二电机的输出轴设有带轮通过皮带与皮带轮配合传动，使顶推丝杆伸缩，从而推动滑台机构移动；所述柔性连接器包括固定头、第一连接环、第二连接环和过渡连接体，所述固定头固定安装在顶推丝杆端部，固定头的直径大于顶推丝杆的直径，第一连接环套在固定头外部并与第二连接环连接固定，第二连接环与滑台机构连接固定，固定头在第一连接环具有间隙，过渡连接体安装在第一连接环内，一侧与固定头限位配合，另一侧与第二连接环限位配合，从而限制顶推丝杆转动。
17.采用一种适合于小直径工件摩擦焊接的焊接装置的焊接方法，它包括以下步骤：s1. 将待焊工件和套管安装到夹具上，待焊工件一端与顶杆抵靠，另一端位于套管内，并与套管端部存在间隔；回转油缸的伸缩杆回缩使弹性夹头后移，驱动夹具夹紧套管，拧紧紧固螺栓，将套管和待焊工件压紧；s2. 将待焊钢板放置在夹板上，并通过定位板和/或夹持机构将待焊钢板固定，当待焊钢板对应待焊工件的焊接位置不符合要求时，启动第一伺服电机和/或第二伺服电机，从而调整待焊钢板的焊接位置；s3. 启动第一电机，主轴转动，待焊工件和套管以相同角速度旋转；s4. 第二电机启动，带动转管转动，转管转动带动管状螺母转动，从而使顶推丝杆伸出，推动滑台机构向待焊工件一侧移动，从而使待焊钢板逐渐前移，套管与待焊钢板接触，此时在摩擦作用下进行对待焊钢板进行预热；顶推丝杆前端安装有压力传感器，精确控制摩擦焊接顶锻压力的大小；s5. 一级摩擦阶段：随着摩擦的进行，套管前端材料不断的消耗，直至套管内部的待焊工件与待焊钢板接触；s6. 二级摩擦阶段：顶锻力增加，待焊工件和套管前端的材料不断被消耗，且在摩擦热和旋转力作用下发生剧烈的塑性变形，同时焊合面积不断增加；s7. 顶锻阶段：主轴停止旋转，顶推机构施加更大的顶锻力，完成待焊工件与待焊钢板的焊接，同时多余的塑性金属被排出形成飞边；s8. 回转油缸的伸缩杆伸出使弹性夹头前移，夹具松开套管，松开紧固螺栓，滑台机构回原位，将套管和待焊工件取出，再从夹板上取下钢板。
18.本发明有如下有益效果：1、主轴机构能够夹持套管和定位待焊工件，增加与钢板的接触面积，对摩擦焊设备旋转主轴要求降低，套管防止待焊工件颤动，并能够使待焊工件与待焊钢板之间均匀升温，焊接质量稳定，提高工件与钢板之间焊接的力学性能。
19.2、在小直径待焊工件外套套管，可实现设备在较低转速下进行小直径工件的焊
接，扩充了设备的使用范围，同时对摩擦焊设备旋转主轴要求降低。
20.3、该装置不仅能提前对钢板进行预热，在焊接过程中提升小直径工件的抗变形能力，焊接后的小直径钢筋不弯曲变形，焊接质量高。
21.4、通过夹具，加上套管的使用，套管也参与了摩擦焊接过程，使得小直径待焊工件在较大顶锻力下抗变形能力增强，焊后接头的焊合面积得到增大，摩擦焊缝得到增强，提升了小直径工件与钢板摩擦焊接头的力学性能。
22.5、小直径待焊工件外端相对于套管内缩，摩擦预热时小直径待焊工件不与待焊钢板接触，实现了焊前的预热，更有利于增加焊缝的熔深。
23.6、采用摩擦预热的方式对钢板进行预热，效率高，成本低。
附图说明
24.图1为本发明主轴机构主视结构示意图。
25.图2为本发明主轴机构局部结构示意图。
26.图3为本发明夹具主视结构示意图。
27.图4为图3中a-a剖面结构示意图。
28.图5为本发明焊接装置主视结构示意图。
29.图6为本发明焊接装置第一个视立体结构示意图。
30.图7为本发明焊接装置第二个视角立体结构示意图。
31.图8为本发明焊接装置第三个视角立体结构示意图。
32.图9为本发明滑台机构立体结构示意图。
33.图10为本发明焊接装置剖面结构示意图。
34.图11为本发明顶推机构剖面结构示意图。
35.图12为本发明柔性连接器剖面结构示意图。
36.图13为本发明使用时，待焊工件转动，并与待焊钢板间隔时的示意图。
37.图14为本发明使用时，待焊工件转动，套管与与待焊钢板接触时的示意图。
38.图15为本发明使用时，在一级摩擦阶段时示意图。
39.图16为本发明使用时，在二级摩擦阶段时示意图。
40.图17为本发明使用时，在顶锻阶段时示意图。
41.图18为本发明使用时的焊接流程曲线图。
42.图19为本发明使用时，待焊钢板受热区域示意图。
43.图20为焊接完成后，本发明焊接与常规焊接的接头处焊合面积对比图。
44.图21为采用本发明，焊后接头处的焊合面积。
45.图22为采用常规焊接，焊后接头处的焊合面积。
46.图中：机座10，底座11，左支撑体12，右支撑体13，横梁14，滑道15；滑台机构20，滑座201，第一直线导轨副202，第一滚珠丝杆副203，第一伺服电机204，夹台21，滑台底座211，第二直线导轨副212，第二伺服电机213，夹板214，定位板215，夹持机构216；顶推机构30，外管体31，转管轴承311，密封环312，转管32，管状螺母33，皮带轮34，圆螺母35，顶推丝杆36，柔性连接器37，固定头371、第一连接环372、第二连接环373，过渡连
接体374，定位环38，第二电机39；主轴机构40，回转油缸401，转接法兰402，连接轴403，环形螺母404，轴驱动轮405，顶环406，后端盖407，后主轴轴承408a，前主轴轴承408b，主轴腔体409，主轴410，拉管411，顶杆412，前端盖413，过渡环414，主锥套415，弹性夹头416，夹具417，轴体4171，凸缘4172，定位通道4173，夹持通道4174，紧固螺纹孔4175，紧固螺栓418；套管50，待焊工件60，主轴箱70，第一电机71， 待焊钢板80，预热区81，摩擦塑性区82，温度递减区83。
具体实施方式
47.下面结合附图对本发明的实施方式做进一步的说明。
48.实施例一：参见图1-4，一种适合于小直径工件摩擦焊接的主轴机构，所述主轴机构40包括管状的主轴腔体409，主轴腔体409的内部靠近两端分别设有后主轴轴承408a和前主轴轴承408b，主轴410安装在两个主轴轴承的内圈，后主轴轴承408a在远离前主轴轴承408b一侧设有顶环406，顶环406套装在主轴410上，顶环406一侧抵靠后主轴轴承408a的内圈，另一侧与安装在主轴410后端部的主轴驱动轮405抵靠，所述主轴410的后端部设有外螺纹，环形螺母404安装在外螺纹上抵靠主轴驱动轮405，从而使主轴410在主轴腔体409内定位转动；所述主轴410的前端部与锥套415连接，锥套415内滑动的安装有与之相配合的弹性夹头416，弹性夹头416远离主轴410的一端安装有夹具417，所述弹性夹头416靠主轴410的一端与安装在主轴410内的拉管411连接，拉管411与回转油缸401的伸缩杆连接，所述回转油缸401与主轴驱动轮405连接固定，所述拉管411内安装有顶杆412；使用状态下，回转油缸401的伸缩杆回缩使弹性夹头416收缩，从而驱动夹具417夹紧套管50，待焊工件60位于套管50内并与顶杆412抵靠。通过上述结构，主轴机构40能够夹持套管50和定位待焊工件60，对摩擦焊设备旋转主轴要求降低，套管50防止待焊工件颤动，并能够使待焊工件60与待焊钢板80之间均匀升温，焊接质量稳定，提高工件与钢板之间焊接的力学性能。
49.优选的，后主轴轴承408a和前主轴轴承408b为圆锥滚子轴承，按图1中方向安装，通过顶环406的限位，并能调整轴承游隙，从而使主轴410运行的更稳定。弹性夹头416的锥形端平均分为六瓣，每瓣之间存在间隙。
50.参见图1，所述主轴腔体409的两端分别安装有前端盖413和后端盖407，前端盖413和后端盖407分别套装在主轴410上，将前后主轴轴承密封，所述顶环406位于后端盖407与主轴410之间，顶环406与后端盖407间隙配合。使主轴轴承408a和前主轴轴承408b形成密封空间，便于润滑或冷却。在主轴腔体409上开孔，便能通入润滑油脂或者循环冷却水。
51.参见图1，所述主轴410的前端部安装有过渡环414，过渡环414一侧连接在主轴410的前端部，另一侧与锥套415连接固定。便于不同大小的与锥套415与主轴410连接。
52.参见图1，所述回转油缸401通过转接法兰402与主轴驱动轮405连接，转接法兰402一侧与回转油缸401连接固定，另一侧与主轴驱动轮405螺栓连接固定。设有转接法兰402，便于回转油缸401的旋转端与主轴驱动轮405连接固定。回转油缸401包括连接液压油管伸缩部分和前端旋转部分，旋转部分u与主轴驱动轮405连接，从而实现在主轴410旋转中时为拉动拉管411，从而收拢夹具417。
53.参见图1，所述拉管411一端与弹性夹头416螺纹连接，所述弹性夹头416靠主轴410的一端设有内螺纹，拉管411端部设有外螺纹；所述拉管411另一端通过连接轴403与回转油缸401的伸缩杆连接，便于连接安装。顶杆412远离夹具417的一端抵靠在连接轴403的端部。顶杆412的直径略小于拉管411的内径，顶杆412在拉管411不晃动，同时顶杆412的直径大于待焊工件60的直径。
54.参见图3、4，所述夹具417由六个扇形部件组成，夹具417的六个扇形部件与弹性夹头416的锥形端的六瓣一一对应。夹具包括轴体4171，轴体4171的中部外壁设有凸缘4172，凸缘4172设有安装孔与弹性夹头416螺栓连接，轴体4171位于弹性夹头416内的一端中心设有用于待焊工件60穿过的定位通道4173，轴体4171另一端的中心设有用于夹持套管50的夹持通道4174，定位通道4173与夹持通道4174连通，位于夹持通道4174一侧的轴体4171上设有紧固螺纹孔4175，紧固螺栓418安装在紧固螺纹孔4175中。夹具结构呈圆周对称结构，同样在圆周被分为6瓣，每瓣之间存在间隙l。夹具417外部设计有凸缘4172，通过凸缘4172上的阶梯孔可与弹性夹头416的端部相连，且每瓣夹具与弹性夹头416一一对应。夹具417内部设有呈阶梯孔结构的定位通道4173与夹持通道4174，可用于分别安装套管50和待焊工件60（小直径工件），其中套管50的内径与待焊工件60外径相等，待焊工件60在套管50不会转动。待焊工件50后端与顶杆412接触，顶杆412直径比待焊工件60直径大，具备很好的抗挠曲变形能力，待焊工件60内缩于套管50内。焊接时，在拉杆411作用下，弹性夹头416在锥套415的固定作用下内缩，同时夹具417也会发生内缩，进而实现对待焊工件60和套管50的夹紧，同时也增加了小直径工件焊接过程的抗变形能力。另外内部的顶杆412可保证在较大顶锻力作用下，防止待焊工件60的滑动。
55.实施例二：参见图5-12，一种适合于小直径工件摩擦焊接的焊接装置，包括机座10、滑台机构20、顶推机构30、主轴箱70，以及主轴机构40；所述机座包括底座11，底座11的两端上侧分别安装有左支撑体12和右支撑体13，左支撑体12和右支撑体13向上延伸，顶部通过横梁14连接，所述主轴箱70固定安装在底座11上，一侧与左支撑体12连接固定，主轴机构40安装在主轴箱70上，弹性夹头416一端朝向右支撑体13，用于驱动主轴410转动的第一电机71安装主轴箱70内，第一电机71的输出轴安装有带轮，通过皮带与主轴驱动轮405配合传动，所述顶推机构30安装在右支撑体13内，所述左支撑体12和右支撑体13之间的底座11上设有滑道15，滑台机构20与滑道15配合连接，通过顶推机构30的推拉，滑台机构20能够沿滑道15导向滑动；所述滑台机构20靠主轴机构40一侧设有夹台21，夹台21能够左右和上下滑动。通过该装置，能够对小直径工件进行批量焊接，焊接工件的接头力学性能好，焊接后的小直径工件不发生弯曲变形，焊接质量高。
56.使用时，待焊工件60和套管50同时安装在主轴机构40上，待焊钢板80固定在夹台21上，主轴机构40转动达到预设速度后，顶推机构30推动滑台机构20向主轴机构40运行，使钢板80抵靠待焊工件60和套管50，使待焊工件60和套管50在压力下与待焊钢板80发生转动摩擦，从而热熔焊接在一起。
57.滑道15可以是燕尾滑槽结构，也可以是直线导轨结构，只要能够承受滑台机构20的重量，并能直线导向的结构，均可以用于滑台机构20和底座11的滑动连接。
58.参见图9，所述滑台机构20包括滑座201，滑座201底部与滑道15滑动配合连接，滑
座201侧面通过横向的第一直线导轨副202与夹台21连接，滑座201与第一直线导轨副202垂直的侧面固定安装有第一伺服电机204，第一伺服电机204通过第一滚珠丝杆副203驱动夹台21沿左右运动；所述夹台21包括滑台底座211，滑台底座211远离滑座201一侧设有纵向的第二直线导轨副212与夹板214连接，滑台底座211的顶部安装有第二伺服电机213，第二伺服电机213通过滚珠丝杆副驱动夹板214上下运动；所述夹板214设有定位板215和/或夹持机构216，用于对放置在夹板214上的待焊钢板80进行固定。使待焊钢板80的位置可任意调节，从而能够方便在在一个钢板上焊接多个钢筋。夹持机构216包括液压油缸夹具或者螺栓固定的夹具。
59.参见图11，所述顶推机构30包括外管体31，外管体31内靠近两端分别设有转管轴承311，转管轴承311的内圈安装有转管32，外管体31的两端分别安装有密封环312，密封环312套装在转管32外，转管32靠滑台机构20一端固定安装有管状螺母33，另一端安装有皮带轮34，所述转管32位于皮带轮34与靠近皮带轮34一侧的转管轴承311之间设有定位环38，皮带轮34一侧抵靠定位环38使转管32在外管体31内定位转动，位于皮带轮34另一侧的转管32上安装有圆螺母35，圆螺母35抵靠皮带轮34，使皮带轮34定位在转管32上；顶推丝杆36转动的安装在管状螺母33内，顶推丝杆36一端设有柔性连接器37与滑台机构20连接；用于驱动转管32转动的第二电机39安装在顶推机构30下方的底座11上，第二电机39的输出轴设有带轮通过皮带与皮带轮34配合传动，使顶推丝杆36伸缩，从而推动滑台机构20移动；所述柔性连接器37包括固定头371、第一连接环372、第二连接环373和过渡连接体374，所述固定头371固定安装在顶推丝杆36端部，固定头371的直径大于顶推丝杆36的直径，第一连接环372套在固定头371外部并与第二连接环373连接固定，第二连接环373与滑台机构20连接固定，固定头371在第一连接环372具有间隙，能够避让因顶推丝杆36螺纹连接在受力状态下中心轴线出现的跳动。过渡连接体374安装在第一连接环372内，一侧与固定头371限位配合，另一侧与第二连接环373限位配合，从而限制顶推丝杆36转动。采用螺纹结构推动滑台机构20，便于控制运行速度和时间，满足套管50和待焊工件60在不同焊接阶段上时间和压力的控制，并且稳定性好，不会在焊接施压的过程中出现伸缩弹跳，进而保证了焊接质量。顶推丝杆36与滑台机构20柔性连接，避免了因顶推丝杆36在转动的过程中，因螺纹间隙因素，造成在受力的情况下卡阻，从而防止损伤螺纹，并能使顶推丝杆36顺利转动。柔性连接器37内设有压力传感器，精确控制摩擦焊接顶锻压力的大小。
60.实施例三：参见图13-20，采用一种适合于小直径工件摩擦焊接的焊接装置的焊接方法，它包括以下步骤：s1. 将待焊工件60和套管50安装到夹具417上，待焊工件60一端与顶杆412抵靠，另一端位于套管50内，并与套管50端部存在间隔；回转油缸401的伸缩杆回缩使弹性夹头416后移，驱动夹具417夹紧套管50，拧紧紧固螺栓418，将套管50和待焊工件60压紧。
61.s2. 将待焊钢板80放置在夹板214上，并通过定位板215和/或夹持机构216将待焊钢板80固定，当待焊钢板80对应待焊工件60的焊接位置不符合要求时，启动第一伺服电机204和/或第二伺服电机213，从而调整待焊钢板80的焊接位置。
62.s3. 参见图13，启动第一电机71，主轴410转动，待焊工件60和套管50以相同角速度旋转。
63.s4. 参见图14，第二电机39启动，带动转管32转动，转管32转动带动管状螺母33转动，从而使顶推丝杆36伸出，推动滑台机构20向待焊工件60一侧移动，从而使待焊钢板80逐渐前移，套管50与待焊钢板80接触，此时在摩擦作用下进行对待焊钢板80进行预热。套管50与待焊钢板80摩擦阶段，在钢板上会产生几个区域，参见图19：包括摩擦塑性区82，此区域是套管与钢板直接接触和摩擦的区域，温度最高；摩擦塑性区内部为预热区81，在热传导作用下，这部分区域的温度仅次于摩擦塑性区，为待焊工件60（钢筋）的焊接进行预热；摩擦塑性区外侧为温度递减区83。顶推丝杆36前端安装有压力传感器，精确控制摩擦焊接顶锻压力的大小。
64.s5. 参见图15，一级摩擦阶段：随着摩擦的进行，套管50前端材料不断的消耗，直至套管50内部的待焊工件60与待焊钢板80接触，此时待焊工件60与待焊钢板80开始焊接。因为摩擦预热的缘故，更有利于小直径工件旋压进入钢板，可有效增加焊缝的熔深。
65.s6. 参见图16，二级摩擦阶段：相比于一级摩擦阶段，顶锻力增加，待焊工件60和套管50前端的材料不断被消耗，且在摩擦热和旋转力作用下发生剧烈的塑性变形，同时焊合面积不断增加。
66.s7. 参见图17，顶锻阶段：主轴410停止旋转，顶推机构30施加更大的顶锻力，完成待焊工件60与待焊钢板80的焊接，同时多余的塑性金属被排出形成飞边。
67.完成焊接后，参见图20，将飞边去除可得到焊合面积较大（s2）的接头，相比于常规的摩擦焊接，增强了接头的力学性能，s8. 回转油缸401的伸缩杆伸出使弹性夹头416前移，夹具417松开套管50，松开紧固螺栓418，滑台机构20回原位，将套管50和待焊工件60取出，再从夹板214上取下钢板。
68.图18中，为摩擦焊接时各步骤阶段中转速和（摩擦压力）顶锻压力曲线图。
69.实施例四：本发明中所述的摩擦焊接不仅仅指的是连续驱动摩擦焊接，还可适用于惯性摩擦焊接以及其他摩擦焊接方式。
70.待焊工件指的是直径为φ16mm及以下的小直径工件，当然也可适合于大于φ16mm的圆形截面工件。
71.以下结合具体实施案例进一步说明该专利：s1、焊前对待焊工件60和待焊钢板80进行必要的打磨除锈，打磨区域为钢板焊缝及周边50mm区域范围。
72.s2、更换与小直径待焊工件60对应规格的夹具417，选取合适长度的顶杆412和套管50；一般地，套管50的材质与待焊工件60的材质相同或相近，待焊工件60相比于套管50内缩距离为2-8mm，套管50厚度为2-5mm。以φ12mm的待焊工件为例，套管50尺寸为φ20*4mm（外径20mm，壁厚4mm）。
73.s3、安装待焊工件60和套管50，拧紧紧固螺栓418将圆柱套管50固定于夹具417上。
74.s4、启动第一电机71，通过油泵控制回转油缸401和拉管411，通过夹具417对待焊工件60和套管50进行夹紧固定。
75.s5、设置好焊接参数和对应坐标程序，焊接参数主要包括转速、焊接时间（预热时间、一级时间、二级时间、顶锻时间）、焊接压力（预热压力、一级压力、二级压力、顶锻压力）；对于φ12mm钢筋的摩擦焊接，转速为1400-1600rpm；预热压力为5kn，预热时间为
10s；一级压力为10kn，一级时间为20s；二级压力为30kn，一级时间为8s；顶锻压力为60kn，顶锻时间为5s。
76.s6、启动第二电机39，直到单根焊接结束后停止；s7、松掉圆紧固螺栓418，该工件焊接结束，焊后可采用车削或其他方法去除多余套管50和飞边（必要情况下）。
77.s8、滑台机构20动到下一坐标，更换新的管50和待焊工件60，重复第3-7的流程，直至钢板上所有的小直径工件全部焊接完成。
78.图21为采用本发明焊接方法，焊接完成后焊接接头处的焊合面积为25mm。
79.图22为采用常规焊接，焊后接头处的焊合面积为13mm。
80.经拉伸试验对比测试，采用本发明的焊接方法，焊后接头拉伸断裂位置位于钢筋母材，而常规焊接接头焊后拉伸断裂位置位于焊缝处，见下表。（实验中，待焊工件60采用材质为hrb400e，直径为12mm的螺纹钢；待焊钢板80采用材质为q355b，厚度为10mm的钢板。）参照jgj18-2012《钢筋焊接及验收规程》的要求，对于hrb400e的钢筋t接而言，抗拉强度需大于等于540mpa，且断裂位置需位于钢筋母材。
81.采用本发明的焊接方法，有效地增加了小直径钢筋（工件）与钢板的焊合面积，确保了接头处的力学性能优于母材，因此采用本发明的焊接方法可显著增加接头力学性能。这种有益效果是采用常规焊接方法无法得到的。