摩擦焊连接方法与基本原理
摩擦焊接工艺(3篇)
第1篇一、引言摩擦焊接是一种利用摩擦热加热金属并施加压力以实现焊接连接的工艺。
它具有操作简单、焊接质量稳定、焊接速度快、成本低等优点，广泛应用于汽车、航空、航天、造船、铁路等行业。
本文将对摩擦焊接工艺的原理、设备、工艺参数及焊接质量等方面进行详细介绍。
二、摩擦焊接原理摩擦焊接的原理是利用摩擦产生的热量将金属表面加热至塑性状态，然后在一定压力下使两金属表面相互接触并发生塑性变形，从而实现焊接连接。
摩擦焊接过程中，金属表面的接触面积逐渐增大，摩擦产生的热量也不断增加，直至焊接接头形成。
1. 摩擦生热摩擦焊接过程中，通过摩擦产生的热量使金属表面温度升高，热量传递至金属内部，使金属达到塑性状态。
摩擦热的大小与摩擦系数、摩擦速度、摩擦时间等因素有关。
2. 塑性变形摩擦焊接过程中，摩擦产生的热量使金属表面达到塑性状态，金属表面发生塑性变形。
在压力作用下，金属表面相互接触，形成一定的接触面积，为焊接接头提供结合力。
3. 焊接接头形成随着摩擦焊接过程的进行，金属表面接触面积逐渐增大，塑性变形程度加深，焊接接头逐渐形成。
焊接接头质量取决于摩擦焊接过程中的工艺参数和金属材料的性能。
三、摩擦焊接设备摩擦焊接设备主要包括摩擦焊接机、夹具、焊接电源等。
1. 摩擦焊接机摩擦焊接机是摩擦焊接过程中的核心设备，其主要功能是产生摩擦力、实现摩擦焊接过程。
摩擦焊接机可分为机械式、液压式、电磁式等类型。
2. 夹具夹具用于固定焊接件，保证焊接过程中的定位精度。
夹具的设计应满足以下要求：具有较高的定位精度、良好的耐磨性、易于操作和调整。
3. 焊接电源焊接电源为摩擦焊接提供能量，常见的焊接电源有直流电源、交流电源等。
焊接电源的电压、电流等参数应根据焊接工艺和金属材料选择。
四、摩擦焊接工艺参数摩擦焊接工艺参数主要包括摩擦时间、摩擦压力、焊接速度、预热温度等。
1. 摩擦时间摩擦时间是指摩擦焊接过程中摩擦头与工件接触的时间。
摩擦时间过长，会导致焊接接头质量下降；摩擦时间过短，则无法产生足够的摩擦热。
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）。
第九章 摩擦焊连接方法与基本原理
Contents
9.1
摩擦焊基本原理 摩擦焊分类 摩擦焊接过程分析 摩擦焊规范参数
9.2
9.3
9.4
9.5
摩擦焊接头的缺陷及检测
§ 9 .1 摩擦焊基本原理
图9一1是摩擦焊的基本形式，两个圆断面的金属 工件摩擦焊前，工件1夹持在可以旋转的夹头上， 工件2夹持
图9，1摩擦焊原理示意图 1一工件;2一工件;3一旋转夹头;4一移动夹头 (a)形成相对转动〔b) 施加压力两界面接触(C)进行焊接(d)焊接结束
由上式可见:
(l)焊件直径越大，所需的摩擦加热功率也越人。
(2)焊件直径确定时，所需摩擦加热功率将取决于主轴转速和摩 擦压力。
2.摩擦时间 在P、n 确定的前提下， 适当的摩擦时间是获得结合 面均匀加热温度和恰当变形 量的条件，这时接头区沿轴 向有一层恰当厚度的变形层 及高温区，但飞边较小，而 在随后的顶锻阶段能产生足 够大的轴向变形量，变形层 沿结合面径向有足够扩展，
秒钟时间；当n 较高、p较小，t 将较长，例如可达40s显 然对于小焊件宜尽可能采用短时间参数，大端面焊件则只
可用弱参数。此外，不同材质的焊件，t的匹配条件也不一
样，例如高合金钢摩擦焊，摩擦压力和时间都应增加。 3. 停车时间及顶断延时 一般应在制动停车0.1～1s后进行顶锻，其间转速降 低，摩擦阻力和摩擦扭矩增大，轴向缩短速度也增大。调
同种材质摩擦焊时，最初界面接触点上产生犁削一粘 合现象。由于单位压力很大，粘合区增多，继续摩擦使这 些粘合点产生剪切撕裂，金属从一个表面迁移到另一个表 面。 界面上的犁削一粘合一剪切撕裂过程进行时，摩擦力
矩增加使界面温度升高。当整个界面上形成一个连续塑性
状态薄层后，摩擦力矩降低到一最小值。界面金属成为塑 性状态并在压力作用下不断被挤出形成飞边，工件轴向长
摩擦焊资料
(2)效率高。对焊件准备通常要求不高，焊接设备自动化程度高，可在流水线上生产，每件 焊接时间以秒计，一般只需零点几秒至几十秒，是其它焊接方法如熔焊、钎焊不能相比的；
(3)节能、节材、低耗。所需功率仅及传统焊接工艺的 1/5～1/15，不需焊条、焊剂、钎料、 保护气体，不需填加金属，也不需消耗电极；
(4)焊接性好。特别适合异种材料的焊接，与其它焊接方法相比，摩擦焊有得天独厚的优势， 如钢和紫铜、钢和铝、钢和黄铜等等；
不锈钢和铁焊接产品
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20 钢和 45 钢焊接
不锈钢和铁
摩擦焊接主要型号有：
a、连续驱动摩擦焊机：C25、C50、C100、 C200、C250、C320、C500、C630、C800、
C1200
b、惯性摩擦焊机：CG63
c、可根据用户产品的具体要求进行个性化设计最大顶锻力 （KN）从 0.5T-130T(1、
增加位 移控制。2、增加计算机监测系统。3、增加计算机闭环控制系统)
附：主要产品及参数
最大顶锻力 主轴转速
焊机型号
KN
r/min
摩擦焊
特种焊接方法与工艺大作业——摩擦焊焊接技术姓名：***学号： 20班级： 10焊接天津滨海职业学院2011年12月摩擦焊焊接技术一、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。
二、摩擦焊的基本原理摩擦焊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。
两焊件结合面之间在较高的压力下高速旋转相互摩擦产生了两个重要的效果：一是破坏了结合面的氧化膜或其他污物，使纯净金属暴露出来；另一个是摩擦生热，使结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结合面外形成飞边，剩余的塑性变形金属就构成了焊缝金属，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。
三、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。
四、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。
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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形成粗大、不对称封闭圆滑
的飞边，如图9-5（a）所 示。
图9一5主轴转速高时产生的不良影响 (a)n = 1000 r/min ; (b) n= 2000r/min (c)n = 4000r/min
对于同一个焊件短，只需几秒钟;而当n、p、t 的参数
条件不是惟一的。当n 较低、p较大，t可以较短，只需几
摩擦焊热源的功率和温度不仅取决于焊接工艺规范
参数，还受到焊接工件材料、形状、尺寸和焊接表面准备 情况的影响。摩擦焊热源的最高温度接近或等于焊接金属
的熔点。
异种金属摩擦焊时，热源温度不超过低熔点金属的熔 点，这对保证焊接质量和提高焊接过程的稳定性起了很大 作用。不同材料和直径的工件，在不同转速和摩擦压力下 焊接时，摩擦焊接表面的稳定温度列于表9.1。
9.2.1 搅拌摩擦焊(Friction Stir Welding） 搅拌摩擦焊是英国焊接研究所推出的一项专利
技术，其原理见图9一2。
搅拌摩擦焊目前不仅限
于对各类铝合金的焊接，也
开发应用于钢和钛合金，单 面可焊厚度从2mm到25mm ,
Hale Waihona Puke 双面焊的厚度可达50mm用常
规熔焊方法不能焊接的2xxx 系列铝合金，采用搅拌摩擦
在能够向前移动加压的夹头上。焊接开始时，工件1首先以
高速旋转，然后工件2向工件1方向移动、接触，并施加足
够大的摩探压力，这时开始了摩擦加热过程，摩擦表面消耗 的机械能直接转换成热能。
摩擦一段时间后，接头金属的摩擦加热温度达到焊接
温度，立即停止工件1的转动，同时工件2向前快速移动， 对接头施加较大的顶锻压力，使其产生一定的顶锻变形量。 压力保持一段时间后，松开两个夹头，取出焊件，全部焊接 过程结束，通常全部焊接过程只要2～3 S的时间。 在整个焊接过程中，摩擦界面温度一般不会超过材料熔 点，所以摩擦焊属于固相焊接。
焊可以使其焊接性能大为改
善。与氢弧焊接头相比，同
图9.2搅拌摩擦焊原理
一种铝合金搅拌摩擦焊头的强度高15%～20%，伸长 率高1倍，断裂韧度高30%，接头区为细晶组织，焊缝
中无气孔、裂纹等缺陷;此外，焊件焊后残余变形很小，
焊缝中的残余应力很低。 这种方法的缺点是，为了避免搅拌引起的振动力使焊
件偏离正确的装配方位，在施焊时必须把焊件刚性固定，
(2)摩擦压力增大，摩擦破坏了焊接金属表面，使纯
净的金属接触，接触面积也增大，而焊接表面温度的升高， 使金属的强度有所下降，塑性和韧性却有很大提高，这些
因素都使摩擦系数增大，摩擦加热功率迅速提高，扭矩也
出现一个峰值。 焊接表面温度继续升高时，金属的塑性增高，但强 度和韧性都显著下降，摩擦加热功率也迅速降低到稳定值。 这一过程中，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 的金属颗粒互相焊合后，又被工件旋转的扭力矩剪断，并 彼此过渡。
秒钟时间；当n 较高、p较小，t 将较长，例如可达40s显 然对于小焊件宜尽可能采用短时间参数，大端面焊件则只
可用弱参数。此外，不同材质的焊件，t的匹配条件也不一
样，例如高合金钢摩擦焊，摩擦压力和时间都应增加。 3. 停车时间及顶断延时 一般应在制动停车0.1～1s后进行顶锻，其间转速降 低，摩擦阻力和摩擦扭矩增大，轴向缩短速度也增大。调
(3)摩擦功率或扭矩稳定后，摩擦表面的温度继续升高， 这时金属的粘结现象减少，分子作用现象增强。此时金属强度
极低，塑性很大，摩擦表面似乎被一层液体金属所润滑，摩擦
系数很小，各工艺参数的变化也趋于稳定，只有摩擦变形量不 断增大，飞边增大，接头的热影响区增宽。 (4)主轴和工件开始停车减速后，随着轴向压力增大，转 速降低，摩擦扭矩增大，再次出现峰值，称为后峰值扭矩。同 时接头中的高温金属被大量挤出，变形量也增大。制动阶段是
节顶锻延时则可以调整后峰值扭矩及变形层厚度。
4. 顶锻压力及顶锻变形量
顶锻是为了挤碎和挤出变形层中氧化了的金属和其它
有害杂质，并使接头区金属得到锻压、结合紧密、晶粒细 化、性能提高。顶锻变形量是锻压程度的主要标志。
顶锻力大小取决于焊件材质、温度及变形层厚度，也
跟摩擦压力有关。材质高温强度高、接头区温度低或变形 层较薄时，顶锻压力应取大一些，其范围为100～ 200MPa。一般顶锻压力宜为摩擦压力的2～3倍,顶锻 量为1～6mm,顶锻速度宜为10～40（mm/h） 。
金属焊接表面的摩擦不仅产生热量，面且还能破坏
和清除表面的氧化膜。变形层金属的封闭、挤出和不断被
高温区金属更新,可以防止焊口金属的继续氧化。顶锻焊 接后,部分变形层金属像填料一样留在接头中会影响焊接 质量。
Contents
§ 9.4 摩擦焊规范参数
9.4.1连续驱动摩擦焊工艺参数
连续驱动摩擦焊主要工艺参数有转速、摩擦压力、 摩擦时间、停车时间和顶锻时间以及顶锻压力和顶锻
变形量等。这些参数取决于工件的横截面积、金属的
熔点和导热系数、热循环过程中冶金性能的变化(特 别是在异种金属焊接时)等因素。一下对各种工艺参
数进行详细说明。
1. 转速和摩擦压力
摩擦焊接过程的加热来源于摩擦能，其加热功率为
式中 , R — 焊件的工作半径(mm); n — 主轴转速(r/min); P—摩擦压力(MPa); μ—摩擦系数，其值在摩擦过程中是变化的，数值在0.2～2 之间; Kf，—常数。
度也不断缩短。
异种金属的结合机理比较复杂，除了犁削一粘合一剪 切撕裂物理现象外，金属的物理与力学性能、相互间固溶
度及金属间化合物等，在结合机理中都会起作用。
焊接时由于机械混合和扩散作用，在结合面附近很窄 的区域内有可能发生一定程度的合金化。这一薄层的性能
对整个接头的性能会有重要影响。机械混合和相互镶嵌对
擦加热过程和顶锻焊接过程两部分。
(1)摩擦开始时,由于工件摩擦焊接表面不平,以及存在
氧化膜、油锈、灰尘和吸附气体使得摩擦系数很大，随着
摩擦压力逐渐增大,摩擦加热功率慢慢增加,使凹凸不平的 表迅速产生塑性变形和机械挖掘现象。塑性变形破坏了摩
擦表面金属晶粒,成为一个晶细小的变形层。沿变形层附
近的母材也顺摩擦方向产生塑性变形。金属相互压人部分 挖掘,使摩擦表面出现同心圆痕迹,这样又增大了塑性变形。
结合也会有一定作用。这种复杂性使得异种金属的摩擦焊 接很难预料。
Contents
§ 9.2
摩擦焊分类
摩擦焊工艺方法目前已由传统的几种形式发展
到20多种，极大地扩展了摩擦焊的应用领域。常用 的摩擦焊工艺有连续驱动摩擦焊、惯性摩擦焊、线性 摩擦焊、搅拌摩擦焊等。焊件的形状由典型的圆截面 扩展到非圆截面(线性摩擦焊)和板材(搅拌摩擦焊)， 所焊材料由传统的金属材料拓宽到粉末合金和异种材 料领域。
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焊接成型原理
长春工业大学材料科学与工程学院 课件制作：徐世伟 指导教师：刘耀东
第九章 摩擦焊连接方法与基本原理
摩擦焊(Friction Welding)是一种压焊方法
，它是在外力作用下，利用焊件接触面之间的相对 摩擦运动和塑性流动所产生的热量，使接触面及其 临近区金属达到粘塑性状态并产生适当的宏观塑性 变形，通过两侧材料间的相互扩散和动态再结晶而
9.2.3 惯性摩擦焊 惯性摩擦焊是在焊接过程开始前输人焊接所需的全 部机械能。一工件固定不转动，转动的工件装在带有可更
换的飞轮组的转动夹具上，整个转动部分被驱动到转速
n0后脱开驱动。使两工件接触并施加轴向压力P，焊接过 程开始。飞轮的能量通过工件结合面上的摩擦迅速消耗，
转速减至零，焊接结束。在转动停止前摩擦扭矩有一个急
完成焊接的。
Contents
9.1
摩擦焊基本原理 摩擦焊分类 摩擦焊接过程分析 摩擦焊规范参数
9.2
9.3
9.4
9.5
摩擦焊接头的缺陷及检测
§ 9 .1 摩擦焊基本原理
图9一1是摩擦焊的基本形式，两个圆断面的金属 工件摩擦焊前，工件1夹持在可以旋转的夹头上， 工件2夹持
图9，1摩擦焊原理示意图 1一工件;2一工件;3一旋转夹头;4一移动夹头 (a)形成相对转动〔b) 施加压力两界面接触(C)进行焊接(d)焊接结束
都集中在变形层中，稳定摩擦时变形层金属在摩擦扭矩和
轴向压力的作用下，从摩擦表面挤出形成飞边，同时又被 附近高温区的金属所补充，始终处于动平衡状态。
在制动和顶锻焊接过程中，摩擦表面的变形层和高温
区金属被部分挤碎排出，焊缝金属经受锻造，形成了质量 良好的焊接接头。
9.3.2 摩擦焊热源的特点
摩擦焊的热源就是金属摩擦焊接表面上的高速摩擦
图9一3连续驱动摩擦 焊典型特性曲线
图9一4惯性摩擦焊 典型特征曲线
Contents
§ 9.3 摩擦焊接过程分析
这里我们主要讨论应用最广泛的结构钢 连续驱动摩擦焊的焊接过程及其热源特点。
9.3.1 焊接过程
摩擦焊接过程，是焊接表面金属在一定的空间和时间
内，金属状态和性能发生变化的过程。连续驱动摩擦焊特 性曲线如图9一3，摩擦焊接过程的一个周期，可分成摩
摩擦加热过程和顶锻焊接过程的过渡阶段，具有双重特点。
主轴停止旋转后，顶锻力仍要维持一段时间，直至接头温 度冷却到规定值为止。
总之，在摩擦焊接过程中，金属摩擦表面从低温到高 温变化，而表面的塑性变形、机械挖掘、粘结和分子作用 四种摩擦现象连续发生。 在整个摩擦加热过程中，摩擦表面上都存在着一个高 速摩擦塑性变形层。摩擦焊的发热、变形和扩散现象主要
同种材质摩擦焊时，最初界面接触点上产生犁削一粘 合现象。由于单位压力很大，粘合区增多，继续摩擦使这 些粘合点产生剪切撕裂，金属从一个表面迁移到另一个表 面。 界面上的犁削一粘合一剪切撕裂过程进行时，摩擦力
矩增加使界面温度升高。当整个界面上形成一个连续塑性