摩擦焊
摩擦焊
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1.2.2 惯性摩擦焊
图3是惯性摩擦焊接示意图，工件的旋转端被夹 持在飞轮里，焊接过程开始时首先将飞轮和工 件的旋转端加速到一定的转速，然后飞轮与主 电机脱开，同时，工件的移动端向前移动，工 件接触后开始摩擦加热。在摩擦焊加热过程中， 飞轮受摩擦扭矩的制动作用，转速逐渐降低， 当转速为零时，焊接过程结束。惯性摩擦焊的 飞轮储存的能量A与飞轮转动惯量J和飞轮角速 度ω的关系为 2 2
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1.2.5 摩擦堆焊
摩擦堆焊的原理如图7所示。 堆焊时，堆焊金属圆棒1以高 速n1旋转，堆焊件（母材） 也同时以转速n2旋转，在压 力P的作用下圆棒与母材摩擦 生热。由于待堆焊的母材体 积大，导热性好，冷却速度 快，使堆焊金属过渡到母材 上，当母材相对于堆焊金属 圆棒转动或移动时形成堆焊 焊缝。
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（2）不稳定摩擦阶段（t2） 不稳定摩擦阶段是摩擦加热过程的一个主要阶段， 该阶段从摩擦加热功率显著增大的b点起，越过功率峰值c点，到功率稳定值的 d点为止。由于摩擦压力较初始摩擦阶段增大，相对摩擦破坏了焊接金属表面， 使纯净的金属直接接触。随着摩擦焊接表面的温度升高，金属的强度有所降低， 而塑性和韧性却有很大的提高，增大了摩擦焊接表面的实际接触面积。这些因 素都使材料的摩擦系数增大，摩擦加热功率迅速提高。当摩擦焊接表面的温度 继续增高时，金属的塑性增高，而强度和韧性都显著下降，摩擦加热功率也迅 速降低到稳定值d点。因此，摩擦焊接的加热功率和摩擦扭矩都在c点呈现出最 大值。在45号钢的不稳定摩擦阶段，待焊表面的温度由200～300℃升高到 1200～1300℃，而功率峰值出现在600～700℃左右。这时摩擦表面的机械挖 掘现象减少，振动降低，表面逐渐平整，开始产生金属的粘结现象。高温塑性 状态的局部金属表面互相焊合后，又被工件旋转的扭力矩剪断，并彼此过渡。 随着摩擦过程的进行，接触良好的塑性金属封闭了整个摩擦面，并使之与空气 隔开。 （3）稳定摩擦阶段（t3） 稳定摩擦阶段是摩擦加热过程的主要阶段，其范围 从摩擦加热功率稳定值的d点起，到接头形成最佳温度分布的e点为止，这里的 e点也是焊机主轴开始停车的时间点（可称为e′点），也是顶锻压力开始上升 的点（图10的ƒ点）以及顶锻变形量的开始点。在稳定摩擦阶段中，工件摩擦 表面的温度继续升高，并达到1300℃左右。这时金属的粘结现象减少，分子 作用现象增强。稳定摩擦阶段的金属强度极低，塑性很大，摩擦系数很小，摩 擦加热功率也基本上稳定在一个很低的数值。此外，其它连接参数的变化也趋 于稳定，只有摩擦变形量不断增大，变形层金属在摩擦扭矩的轴向压力作用下， 从摩擦表面挤出形成飞边，同时，界面附近的高温金属不断补充，始终处于动 平衡状态，只是接头的飞边不断增大，接头的热影擦焊
摩擦焊
摩擦焊1摩擦焊接概述：摩擦焊接是在轴向压力与扭矩作用下，利用焊接接触端面之间的相对运动及塑性流动所产生的摩擦热及塑性变形热使接触面及其近区达到粘塑性状态并产生适当的宏观塑性变形，然后迅速顶锻而完成焊接的一种压焊方法。
摩擦焊的分类2摩擦焊原理简介：摩擦焊是利用金属焊接表面摩擦生热的一种热压焊接法。
摩擦焊接时，通常将待焊工件两端分别固定在旋转夹具和移动夹具内，工件被夹紧后，位于滑台上的移动夹具随滑台一起向旋转端移动，移动至一定距离后，旋转端工件开始旋转，工件接触后开始摩擦加热。
此后，则可进行不同的控制，如时间控制或摩擦缩短量（又称摩擦变形量）控制。
当达到设定值时，旋转停止，顶锻开始，通常施加较大的顶锻力并维持一段时间，然后，旋转夹具松开，滑台后退，当滑台退到原位置时，移动夹具松开，取出工件，至此，焊接过程结束。
摩擦焊接是一种优质、高效、节能的固态连接技术，被广泛应用于航空、航天、石油、汽车等领域中。
在摩擦焊接过程中，主轴转速、焊接压力、焊接时间以及焊接变形量是影响焊接质量的重要工艺参数。
对这些参数实现精确的检测和控制，是获得优质焊接接头的保障。
因此，研制一套控制精度高、响应速度快、具有丰富的数据处理能力且易于升一级和扩充的开放式控制系统具有重要意义。
摩擦焊流程示意图摩擦焊具有下列优点：（1）焊接质量好而稳定。
由于摩擦焊是一种热压焊接法，摩擦不仅能消除焊接表面的氧化膜, 同时在较大的顶锻压力作用下, 还能挤碎和挤出由于高速摩擦而产生的塑性变形层中氧化了的部分和其它杂质, 并使焊缝金属得到锻造组织。
（2）摩擦焊不仅能焊接黑色金属、有色金属、同种异种金属, 而且还能焊接非金属材料, 如塑料、陶瓷等。
（3）对具有紧凑的回转断面的工件的焊接,都可用摩擦焊代替闪光焊、电阻焊及电弧焊。
并可简化和减少锻件和铸件, 充分利用轧制的棒材和管材。
（4）焊件尺寸精度高。
采用摩擦焊工艺生产的柴油发动机预燃烧室, 全长最大误差为士0.1毫米。
摩擦焊介绍全解课件
图10 摩 擦 焊 接 过 程 示 意 图 n—工作转速 py—摩擦压力 P.一顶锻压力 △l,一摩擦变形量 △1.一顶锻变形量 P— 摩擦加热功率 P.. 一摩擦加热功率峰值 t一时间 I,—摩擦时间 a— 实际摩擦加热时间 1.一实际顶锻时间
点开始，到摩擦加热功率显 著增大的B 点为止。摩擦开 始时，由于摩擦焊接表面存 在氧化膜、油、灰尘和吸附 着一些气体，使得摩擦系数 小，随后摩擦压力逐渐增大， 摩擦加热功率慢慢增加使得 焊件表面的温度上升。
图10 摩擦焊接过程示意图 n—工作转速 Py一摩擦压力 p.一顶锻压力 △l,一摩擦变形量 △/.一顶锻变形量 P— 摩擦加热功率 P.— 摩擦加热功率峰值 t一时间 I,—摩擦时间 tx—实际摩擦加热时间 1.一实际顶锻时间
摩擦焊焊接工艺特点
（1）焊接施工时间短，生产效率高。 （2 ）焊接热循环引起的焊接变形小，焊后尺寸精度高，不
用焊后校形和消除应力。 （3 ）机械化、自动化程度高，焊接质量稳定。当给定焊接
条件后，操作简单，不需要特殊的焊接技术人员。 （4 ）适合各类异种材料的焊接，对常规熔化下不能焊接的
铝-钢、铝-铜、钛-铜、金属间化合物-钢等都可以进行焊接。 （5 ）可以实现同直径、不同直径的棒材和管材的焊接。 （6 ）焊接时不产生烟雾、弧光以及有害气体等，不污染环
n/r.minT
摩擦焊接过程
(3)稳定摩擦阶段 从摩擦加热功率稳定值d 点起 到接头形成最佳温度分布的 e 点为止。 e 点与工件开始停止 旋转的e,, 顶锻压力开始上 升的 f 点以及顶锻变形的开始 点，它们在时间上是重合的。 在这个阶段中，各焊接工艺参 数的变化趋于稳定，只有摩擦 变形量不断增大，飞边增大， 接头的热影响区增宽。
九种摩擦焊原理、优缺点、应用范围与焊接过程分析
文件编号：＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿版号：＿＿＿＿＿＿＿＿生效日期：＿＿＿＿＿＿＿＿编制人：＿＿＿＿＿＿＿＿日期：＿＿＿＿＿＿＿＿＿审核人：＿＿＿＿＿＿＿＿日期：＿＿＿＿＿＿＿＿＿批准人：＿＿＿＿＿＿＿＿日期：＿＿＿＿＿＿＿＿＿受控印章：＿＿＿＿＿＿＿分发号：＿＿＿＿＿＿＿＿目录（一）、九种摩擦焊接类型原理及特点： (3)1、惯性摩擦焊接： (3)2、直接驱动摩擦焊接： (3)3、线性摩擦焊接： (3)4、搅拌摩擦焊： (4)5、轨道摩擦焊接： (4)6、连续驱动摩擦焊： (4)7、相位摩擦焊： (5)8、径向摩擦焊： (5)9、搅拌摩擦焊： (6)（二）、摩擦焊的特点： (6)（三）、摩擦焊接头形式： (8)（四）、适用范围： (8)（五）、摩擦焊焊接过程分析： (8)（一）、九种摩擦焊接类型原理及特点：1、惯性摩擦焊接：⑴、惯性摩擦焊接具有固定在卡盘和主轴上的不同尺寸的飞轮。
⑵、电机连接到主轴以旋转零件。
⑶、在焊接循环开始时，电机连接到主轴，并将零件旋转到所需的转速。
⑷、一旦达到所需的速度，就将电机从主轴上断开。
⑸、根据零件，主轴，卡盘和飞轮的重量，自由旋转部件会产生旋转惯性。
⑹、将进行如上所述的摩擦焊接过程，利用旋转惯性将零件放在一起时产生摩擦热。
2、直接驱动摩擦焊接：⑴、在此过程中，主轴驱动电机永久固定在主轴上。
⑵、当两个部件放在一起时，电动机继续驱动旋转部件，从而产生摩擦热。
⑶、根据定义的程序，随着焊接过程的进行，主轴会持续减速，从而将主轴停在预定位置。
⑷、当希望在焊接部件之间有特定的方向时，这种类型的摩擦焊接是有益的。
3、线性摩擦焊接：⑴、这个过程类似于惯性摩擦焊接。
但是，移动的卡盘不会旋转。
相反，它以横向运动振荡。
⑵、在整个过程中，两个工件均保持在压力下。
⑶、与惯性焊接相比，该过程要求工件具有高剪切强度并涉及更复杂的机械。
⑷、这种方法的一个好处是它可以连接任何形状的零件（而不仅仅是圆形界面）。
摩擦焊
一,摩擦焊的原理及分类 (一)摩擦焊原理 摩擦焊: 摩擦焊 : 是利用焊件接触端面相对运动中相互 摩擦所产生的热,使端部达到热塑性状态,然后迅速 顶锻,完成焊接的一种压焊方法. 焊接过程不加填充金属,不需焊剂,也不用保护 气体,全部焊接过程只需几秒钟.
两焊件接合面之间在压力下高速相对摩擦便产 生两个效果: 1)破坏了接合面上的氧化膜或其它污染层, 使干净金属暴露出来; 2)发热,使接合面很快形成热塑性层.在随 后的摩擦扭矩和轴向压力作用下这些破碎的氧化物 和部分塑性层被挤出接合面外而形成飞边,剩余的 塑性变形金属就构成焊缝金属,最后的顶锻使焊缝 金属获得进一步锻造,形成了质量良好的焊接接头. 从焊接过程看出,摩擦焊接头是在被焊金属熔 点以下形成的,故摩擦焊属于固态焊接的方法.
2. 缺点 1) 摩擦焊主要是一种工件高速旋转的焊接方法,其中一 个工件必须有对称轴,且它能绕此轴旋转.因此工件 的形状和尺寸受到限制,对于非圆形截面工件的焊接 很困难,盘状工件或薄壁管件,由于不易夹固也很难 施焊. 2) 由于受摩擦焊机主轴电动机功率和压力不足限制,目 前最大焊接的截面仅为200cm2. 3) 摩擦焊机的一次性投资较,摩擦焊工艺
�
与闪光焊,电阻对焊比较,摩擦焊有如下特点: 1. 优点 1) 接合表面的清洁度,不像电阻对焊时那么重要,因 为摩擦过程能破坏和消除表面层. 2) 受热更集中于接合面处,因为全部能量的转换仅发 生在该处,故焊接接头热影响区很窄. 3)局部受热与不发生熔化使得比其它焊接方法更适于 焊接异种金属.
4) 大多数情况下,接头强度与母材一样高,而且质量稳 定. 5) 大批量生产易实现机械化和自动化.具有自动上,下 料装置的摩擦焊机,其生产率非常高,高达1200件/h. 6) 电功率和总能量消耗比其它焊接方法小,比闪光焊可 节能80%～90%;焊件焊接余量小,焊前不必特殊加 工清理;有时焊接飞边不必消除;不需填充材料,不 需焊剂和保护气体,不必清边,其加工成本与电弧焊 比较可降低30%左右.主轴电动机功率因数高,三相 供电,电网负荷平衡. 7) 工作场地卫生,没火花,弧光,飞溅及有害气体或烟 尘.
摩擦焊的类型
摩擦焊的类型摩擦焊是一种常用的金属焊接技术，通过摩擦产生的热量将工件表面加热至熔点以上，再施加压力使工件接合，从而实现焊接目的。
摩擦焊技术具有焊缝无缺陷、高效节能、环境友好等优点，因此在航空航天、汽车制造、船舶建造等领域得到广泛应用。
本文将介绍几种常见的摩擦焊类型。
1. 惯性摩擦焊惯性摩擦焊是最常见的摩擦焊类型之一。
它通过惯性力产生的摩擦热来加热工件，并利用施加的压力使工件接合。
在摩擦焊过程中，工件通过与旋转摩擦工具接触而加热，当接触面温度达到熔点时，施加的压力使工件接合。
惯性摩擦焊适用于焊接较大尺寸或较厚的工件，例如船体、飞机翼等。
2. 线性摩擦焊线性摩擦焊是一种特殊的摩擦焊类型，它利用线性运动产生的摩擦热来加热工件，并通过施加的压力使工件接合。
与惯性摩擦焊不同的是，线性摩擦焊采用线性运动的摩擦工具，如线性摩擦焊机。
线性摩擦焊适用于焊接较长的工件，例如管道、轨道等。
3. 摩擦搅拌焊摩擦搅拌焊是一种特殊的摩擦焊类型，它通过旋转摩擦工具产生的摩擦热来加热工件，并利用搅拌作用将工件接合。
在摩擦搅拌焊过程中，摩擦工具在施加一定压力的同时进行旋转和搅拌，使工件表面熔化并混合在一起，形成焊缝。
摩擦搅拌焊适用于焊接高强度材料，如铝合金、镁合金等。
4. 摩擦点焊摩擦点焊是一种特殊的摩擦焊类型，它通过摩擦热局部加热工件，并通过施加的压力使工件接合。
在摩擦点焊过程中，摩擦工具以较高的转速在工件表面产生摩擦热，当局部温度达到熔点时，施加的压力使工件接合。
摩擦点焊适用于焊接较小尺寸或较薄的工件，例如电池片、电子元件等。
总结：摩擦焊是一种重要的金属焊接技术，具有很多类型，如惯性摩擦焊、线性摩擦焊、摩擦搅拌焊和摩擦点焊等。
每种类型都有其适用的焊接工件和特点。
摩擦焊具有焊缝无缺陷、高效节能、环境友好等优点，因此在各个领域得到广泛应用。
随着科技的发展，摩擦焊技术将进一步完善和应用，为工业制造提供更多可能性。
摩擦焊
3钢的焊接
钢的搅拌摩擦焊接头同样存在焊核区、热 机影响区和热影响区。焊核区为等轴晶粒 组织，晶粒比母材区细小；与铝合金的搅
拌摩擦焊接相类似。
二、搅拌摩擦焊的工业应用
1．搅拌摩擦焊在航天领域的应用
2．搅拌摩擦焊在飞机制造领域的应用
3．搅拌摩擦焊在轨道交通领域中应用
高质量高精度车体
4.1.3 摩擦焊的应用（重点掌握）
1. 适用的材料
1）高温时，塑性良好的同种金属及能够互
相固溶和扩散的异种金属，都具有较好的焊
接性，能够获得强度高，延性好的焊接接头。
2）焊接能产生脆性合金的异种金属时，如
铝-铜、铝-钢、钛-钢等，若不设法防止脆性
合金层增厚，则很难保证接头的强度和塑性。
3）高温强度高、塑性低、导热性好的材料不容
7）焊接大截面接头时，为了降低加热功率 峰值，可采用将焊接端面倒角的方法，使摩 擦面积逐渐增大。 8）要注意飞边的流向，让它在焊接时不受 阻碍地被挤出。在不可能切除飞边或者要节 省飞边切除费用的情况下，可设计带飞边槽 的接头。 9）待焊表面应避免渗氮、渗碳等。 10）设计接头形式的同时，还应注意工件 的长度、直径公差、焊接端面的垂直度、不 平度和表面粗糙度。
特种焊接与设备
讲解人：韩兆波
第四单元 摩擦焊
4.1 摩擦焊概述
综合知识模块
4.2 传统摩擦焊工艺与设备
4.3 搅拌摩擦焊
4.1 摩擦焊概述
摩擦焊（friction welding，FRW）是
利用焊件接触端面相对运动中相互摩擦所产 生的热，使端面达到热塑性状态，然后迅速
顶锻，完成焊接的一种固相焊接方法。
双臂结构空 芯铝挤压件 自支撑内部 模件 安装轨道连接
摩擦焊
摩擦焊焊接设备
4、夹头 夹头分为旋转和固定两种。为了使夹持牢靠， 不出现打滑旋转、后退、振动等，夹头与工件的 接触部分硬度要高，耐磨性要好。 5、控制系统 控制系统包括焊接操作程序控制和焊接参数 控制等。 程序控制即控制摩擦焊机按预先规定的动作次 序完成送料、夹紧焊件、主轴旋转、摩擦加热、 顶锻焊接、切除飞边和退出焊件等操作。
•
摩擦焊的应用
轴承组——平衡油缸液力平衡旋转活塞，多片式粉末冶金 涂层离合器，滚动导轨和可编程序控制器（PLC）控制等 多项先进技术，使焊机制造水平有了较大的提高。 随着实际生产的需要。国内对于其它型式的摩擦焊机也 进行了研制，如长春焊接设备厂研制了小吨位的惯性焊机， 相位摩擦焊机，哈尔滨焊接研究所研制了具有形变热处理 功能带机上淬火装置及自动去飞边装置的混合式摩擦焊机， 变频调速相位摩擦焊机。哈尔滨量具刃具厂研制了20T双 头摩擦焊机，中国兵器工业第五九研究所研制了小吨位径 向摩擦焊机[5]，北京赛福斯特技术有限公司研制了系列搅 拌摩擦焊机等等，这些焊机有的技术指标和制造水平已达 到或接近国外同类焊机的水平。
摩擦焊焊接工艺
4）端面垂直度一般小于直径的1%，过大会造成 不同轴度的径向力。 3、焊接参数 连续驱动摩擦焊的焊接参数主要包括主轴转速、 摩擦压力、摩擦时间、顶锻压力、顶段时间、变 形量等。 （1）转速和摩擦压力 当工件的直径一定时，转速就代表摩擦速度。 一般将达到焊接温度时的转速称为临界摩擦速度， 为了使变形层加热到金属材料的焊接温度，转速 必须大于临界摩擦速度。
摩擦焊焊接工艺
9） 待焊表面应避免渗氮、渗碳等。 10）设计接头形式的同时，还应注意工件的长度、直径 公差、焊接端面的垂直度、平面度和粗糙度。 2、接头表面准备 焊接前还需对焊件作如下处理 1) 焊件的摩擦端面应平整，中心部位不能有凹面或中 心孔，以防止焊缝中含空气和氧化物。 2) 当结合面上具有较厚的氧化层、镀铬层、渗碳层或 渗氮层时，常不易加热或被挤出，焊前应进行清除。 3）摩擦焊对焊件结合面的粗糙度、清洁度要求并不严 格，如果能加大焊接缩短量，则气割，冲剪、砂轮磨 削、锯断的表面均可直接施焊。
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——摩擦焊 汇报人： 指导教师：
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摩擦焊技术
摩擦焊的定义 摩擦焊基本原理 摩擦焊的特点 摩擦焊的分类 摩擦焊的应用 摩擦焊的焊接设备 摩擦焊焊接工艺 传统摩擦焊接头质量控制
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摩擦焊焊接工艺——CDFW
（1）转速和摩擦压力 当工件的直径一定时，转速就代表摩擦速度。一般将达到焊接 温度时的转速称为临界摩擦速度，为了使变形层加热到金属材料的 焊接温度，转速必须大于临界摩擦速度。 摩擦压力对焊接接头的质量有很大影响，为了产生足够的摩擦 加热功率，保证摩擦表面的全面接触，摩擦力不能太小。摩擦力大 时，接头的温度梯度大，变形层金属不易被氧化。一般情况下摩擦 力为定值，但是为了满足工艺要求，还可以不断上升，或采用两级 或三级加压。 （2）摩擦时间与摩擦变形量 摩擦时间短，焊接表面加热不完全，不能形成完整的塑性变形 层，接头上的温度和温度分布不能满足焊接质量要求。摩擦时间过 长，接头温度分布宽，高温区金属容易过热，摩擦变形量大，飞边 大，消耗的热量多。
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摩擦焊的特点
摩擦焊也有如下缺点和局限性 （1）对非圆形截面焊接较困难，所需设备复杂；对盘状薄 零件和薄壁管件，由于不易夹固，焊接也比较困难。 （2）对形状及组装位置已经确定的构件，很难实现摩擦焊 接。 （3）接头容易产生飞边，一般焊后需要进行机械加工。 （4）夹紧部位容易产生划伤或夹持痕迹。
图4 连续驱动摩擦焊接基本结构
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1、主轴系统 主轴系统由主轴电动机、带传动轮、离合器、制动器、旋转主 轴和轴承等组成。主轴电动机一般采用交流电动机，通过带传动轮 直接带动主轴。摩擦加热终了时要求主轴迅速停车。对于功率较小、 生产率不高的摩擦焊机，可以采用电动机反制动或能耗制动停车； 生产率高和主轴电动机功率大的焊机，普遍采用离合-制动联合装置。 2、液压系统 加压系统主要包括加压机构和受力机构两部分，加压机构由加 压方式决定。摩擦焊机加压方式有丝杠-螺母、凸轮等机械加压、气 压、液压和气-液联合加压。 受力机构的作用是为了平衡轴向力和摩擦转矩以及防止焊机变 形，保持主轴与加压系统的同轴度。 3、机身 机身一般为卧式，少数为立式，用来安装主轴、加压机构及导轨 等。机身应有足够的刚度和强度，以防止焊接时产生变形和振动。
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摩擦焊焊接工艺——CDFW
4）端面垂直度一般小于直径的1%，过大会造成不同轴度的径 向力。 3、焊接参数 连续驱动摩擦焊的焊接参数主要包括主轴转速、摩擦压力、摩 擦时间、顶锻压力、顶段时间、变形量等，参数变化如图6。
图6 连续驱动摩擦焊焊接过程参数变化
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摩擦焊原理
图2 摩擦焊的基本过程
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两焊件接合面之间在压力下高速相对摩擦便产生两个 效果： 1 ）破坏了接合面上的氧化膜或其它污染层，使干净 金属暴露出来； 2 ）发热、使接合面很快形成热塑性层。在随后的摩 擦扭矩和轴向压力作用下这些破碎的氧化物和部分塑性层 被挤出接合面外而形成飞边，剩余的塑性变形金属就构成 焊缝金属，最后的顶锻使焊缝金属获得进一步锻造，形成 了质量良好的焊接接头。 从焊接过程看出，摩擦焊接头是在被焊金属熔点以 下形成的，故摩擦焊属于固态焊接的方法。
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摩擦焊的应用视屏
惯性摩擦焊 搅拌摩擦焊 线性摩擦焊
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摩擦焊焊接设备——CDFW
传统摩擦焊设备可分为连续驱动摩擦焊机（CDFW）和惯性摩擦 焊机（IFW）。 连续驱动摩擦焊机通常由六部分组成，即主轴系统、加压系统、 机身、夹头、控制系统及辅助装置。
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（3）停车时间 由于停车时间对摩擦扭矩、变形层厚度和焊接质量有很大影响， 因此根据变形层厚度来正确设置该参数。当摩擦表面的变形层很厚 时，停车时间要短。当表面上的变形层比较薄时，为在停车时间能 产生较厚的变形层，停车时间可以延长。 但是要防止过大后峰值扭 矩使接头金属产生扭曲组织，通常停车时间选择范围为0.1~1s。 （4）顶锻压力与变形量 顶锻压力的作用是挤碎和挤出变形层中的氧化金属及其他有害 杂质，并使接头金属在压力作用下得到锻造，促进晶粒细化，从而 提高接头力学性能。顶锻力太小，接头质量低；顶锻力过大，会使 接头变形量增加，飞边增大，使接头的疲劳强度降低。
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摩擦焊焊接工艺——CDFW
4）对锻压温度或热导率相差较大的异种材料焊接时，为 了使两个零件的顶锻相对平衡，应调整界面的相对尺 寸。 5）一般倾斜接头应与中心线成30-50度的斜面。 6）为了增大焊缝面积，可以把焊缝接头设计成搭接或锥 形接头。 7）焊接大截面焊接接头时，为了降低加热功率峰值，可 采用将焊接端面倒角的方法，使摩擦面积逐渐增大。 8）要注意飞边的流向，使其在焊接时不受阻碍的被挤出。 在不可能切除飞边或者要节省飞边切除费用的情况下， 可设计带飞边槽的接头。
E kIn2 kmR2 n 2
式中
E 飞轮的能量（J）； I 转动惯量（kg m 2）； m 飞轮系统的质量（ kg）； n 瞬时转速（r / min）； k 常数。
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图7 惯性摩擦焊焊接过程的参数变化
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9） 待焊表面应避免渗氮、渗碳等。 10）设计接头形式的同时，还应注意工件的长度、直径 公差、焊接端面的垂直度、平面度和粗糙度。 2、接头表面准备 焊接前还需对焊件作如下处理 1) 焊件的摩擦端面应平整，中心部位不能有凹面或中 心孔，以防止焊缝中含空气和氧化物。 2) 当结合面上具有较厚的氧化层、镀铬层、渗碳层或 渗氮层时，常不易加热或被挤出，焊前应进行清除。 3）摩擦焊对焊件结合面的粗糙度、清洁度要求并不严 格，如果能加大焊接缩短量，则气割，冲剪、砂轮磨 削、锯断的表面均可直接施焊。
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惯性摩擦焊是另外一种典型的摩擦焊工艺，其设备结构见图5
图5 惯性摩擦焊焊机主要结构
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摩擦焊焊接工艺——CDFW
1、接头形式的设计 连续驱动摩擦焊可以实现圆棒-圆棒、圆管-圆管、圆棒-圆管、 圆棒-板材及圆管-板材的可靠连接，接头形式对焊接质量尤 为重要。 连续驱动摩擦焊焊接接头形式在设计时主要遵循一下原则： 1）两被焊件中，最好旋转件是圆形且便于绕轴线做高速旋 转。 2）焊件应具有较大的刚度，夹紧方便、牢固，要尽量避免 采用薄管和薄板接头。 3）同种材料的两个焊件截面尺寸应尽量相同，以保证焊接 温度分布均匀和变形层厚度相同。
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摩擦焊分类
摩擦焊的分 类方法通常 有两种：一 是根据焊件 的相对运动 形式分类； 二是按焊接 过程的工艺 特点分类， 见图3。
图3 摩擦焊分类
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摩擦焊的应用
目前我国摩擦焊技术的应用比较广泛，可焊接直径3.0～ 120mm的工件以及8000mm²的大截面管件，同时还开发了相位焊 和径向摩擦焊技术，以及搅拌摩擦焊技术。不仅可焊接钢、铝、 铜，而且还成功焊接了高温强度级相差很大的异种钢和异种金属， 以及形成低熔点共晶和脆性化合物的异种金属。如高速钢—碳钢、 耐热钢—低合金钢、高温和金—合金钢、不锈钢—低碳钢、不锈 钢—电磁铁以及铝—铜、铝—钢等。 近年来随着我国航空航天事业的发展，也加速了摩擦焊技术 向这些领域的渗透，进行了航空发动机转子、起落架结构件、紧 固件等材料（Ln718Ti17300M GH159 GH4169）以及金属与陶瓷、 复合材料、粉末高温合金的摩擦焊工艺试验研究，某些电工材料 的钎焊工艺也开始用摩擦焊接所取代。如电磁铁—不锈钢、钨铜 合金等。
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摩擦焊的定义
摩擦焊（Friction Welding，FW）是利用焊件接触的端面相 对 运动中相互摩擦所产生的热，使端面达到热塑性状态，然后 迅速顶锻，完成焊接的一种固相焊接方法。如图１所示
图１ 摩擦焊
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摩擦焊原理
摩擦焊原理：是利用焊件接触端面相对运动中相互摩擦所 产生的热来实现材料可靠连接的一种压力焊方法。其焊接过 程是在压力的作用下，相对运动的待焊材料之间产生摩擦， 使界面及附近温度升高并达到热塑性状态，随着顶锻力的作 用，界面氧化膜破碎，材料发生塑性变形与流动，通过界面 元素扩散及再结晶冶金反应而形成接头。焊接过程如图2所示。 焊接过程不加填充金属，不需焊剂，也不用保护气体，整个 焊接过程只需几秒钟。
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现代连接技术
摩擦焊的特点
1、焊接施工时间短，生产效率高。 2、焊接热循环引起的焊接变形小，焊后尺寸精度高，不 用焊后校形和消除应力。 3、机械化、自动化程度高，焊接质量稳定。当给定焊接 条件后，操作简单，不需要特殊的焊接技术人员。 4、适合各类异种材料的焊接，对常规熔化下不能焊接的 铝-钢、铝-铜、钛-铜、金属间化合物-钢等都可以进行焊接。 5、可以实现同直径、不同直径的棒材和管材的焊接。 6、焊接时不产生烟雾、弧光以及有害气体等，不污染环 境。同时，与闪光焊相比，电能节约5-10倍。