摩擦焊接的能量来自于摩擦生热、施加轴向压力以及转动惯量的输入，在接触表 面上产生大量塑性变形、表面激活现象，还有扩散和再结晶以及在液体的相互作用下 而形成焊接接头[1]。摩擦焊接是一个复杂过程，他不仅包含热、力和冶金现象等，还 具有动态、高温、大变形等的特点，在惯性摩擦焊接过程中，总是伴随着一系列的物 理现象，如：摩擦表面的相互作用、热量的产生与耗散、金属的塑性变形、流动与粘 性效应、质量输送和固态相变以及残余应力、变形等。

接触面摩擦所消耗的功率 P 和正压力 F、摩擦的速度 υ 以及母材的摩擦系数 μ 以 下关系：

P=μ·F·υ （1-1）

式中，P-摩擦所消耗的功率(J/s)；μ-摩擦系数；F-正压力(N)；υ-摩擦速度(m/s)。 随着摩擦的进行，接触界面摩擦不断产生热量，表面温度不断升高，达到焊接所需要的温度，产生了粘性的塑性变形金属，两者变得容易粘连，再加以顶端压力就可 以使之焊在一起。

1。3 惯性摩擦焊的原理

惯性摩擦焊的焊接过程可分为摩擦加热和顶锻两部分。摩擦加热过程有 2 个阶段： 初始摩擦阶段和稳定摩擦阶段[2]。顶锻过程分为纯顶锻和维持顶锻两个过程，每个焊 接阶段都有其各自的特点。

初始摩擦阶段：两端工件相互接触并在轴向压力的作用下压紧，接触界面的微凸 体粘着剪断并摩擦生热。随后接触面积变大，摩擦所产生的扭矩随之增加，温度也急 剧升高，同时产生很厚的一层温度很高的塑性金属，产热机制从摩擦产热变为塑性变 形金属之间的产热，如图 1-1 所示[2,3]。

稳定摩擦阶段：在高温下，接触界面处的高温粘塑性金属发生动态再结晶，流体 应力降低，摩擦扭矩先上升到极限程度后逐渐降低[4]。之后摩擦热量沿轴向向两侧试 件传导，界面温度随之升高，由于轴向压力的作用，焊缝区金属沿径向发生塑性流动， 形成飞边。随着摩擦时间的不断增加，界面处的温度和扭矩趋于稳定，热影响区宽度 增大，飞边也越来越大，在这个阶段，摩擦轴向压力与旋转速度保持恒定。如图 1-1。

顶锻阶段：当摩擦焊缝区金属的变形程度达到一定量后，此时便开始刹车制动， 轴向压力迅速上升到预先设定的顶锻压力[4,5]。此时飞边急剧增大，轴向缩短量迅速增 加，随着界面温度降低和摩擦压力增大，摩擦扭矩出现第二个峰值。在顶锻过程中及 顶锻后保压过程中，焊合区金属通过相互扩散、再结晶以及机械混合作用，使两侧金 属牢固焊接在一起，从而完成整个焊接过程。如图 l-1 所示。

图 1-1 惯性摩擦焊过程各参数随时间变化曲线

1。4 惯性摩擦焊接工艺特点

惯性摩擦焊的优点有以下几点[4]：

(1)惯性焊接属于固相焊接，能获得高质量的焊接接头，焊接缺陷少。通常情况下， 焊接过程中最高温度低于材料熔点，焊接接头的材料是不熔化的，焊接时焊缝区的金 属属于固相连接状态，所以熔化焊接经常出现的缺陷如裂纹、气孔和偏析等缺陷完全 不会产生；另外，由于焊接过程中的轴向压力和扭矩的影响，焊接接头产生了一定的 冶金效果，如细化晶粒、产生致密组织、自清理作用等；其次，由于焊接时间短，使 得热影响区窄，因而没有明显的粗化现象；这些特点为获得与母材材料和强度基本相 同的焊接接头起到了至关重要的作用[6-8]。

(2)惯性摩擦焊接工艺适应性很强。惯性摩擦焊接不仅可以焊接传统的金属材料， 并且能够实现异种材料之间的焊接，如铝-铜、铜-钢等；不仅如此，惯性摩擦焊接可 以适应各种工件尺寸以及接头形式[7-9]。文献综述 ABAQUS惯性摩擦焊温度场的数值模拟(3):http://www.youerw.com/cailiao/lunwen_94250.html