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4.1 钢螺柱对接结构摩擦螺柱焊工艺试验研究 . 16
4.1.1 Ø16mm螺柱与Ø20mm柱状母材摩擦焊接工艺试验 16
4.1.2 Ø14mm螺柱与Ø20mm柱状母材摩擦焊接工艺试验 18
4.1.3 Ø12mm螺柱与Ø20mm柱状母材摩擦焊接工艺试验 18
4.2 钢螺柱-钢板结构摩擦螺柱焊工艺试验研究 19
4.2.1 Ø16mm螺柱与板状母材摩擦焊接工艺试验 19
4.2.2 Ø12mm螺柱与板状母材摩擦焊接工艺试验 20
4.3 本章小结 . 21
5 摩擦螺柱焊接接头质量分析 . 22
5.1 焊缝微观组织与成分分析 . 22
5.2 力学性能测试分析及断口分析 . 23
5.2.1 抗拉强度分析 . 23
5.2.2 断口分析 . 25 5.3 本章小结 26
结 论 . 28
致 谢 . 29
参 考 文 献 30
1 绪论
1.1 课题研究背景
随着我国工业化水平的不断提高，越来越多的零件的制造釆用了焊接技术取代整
体加工，尤其零件各部分使用要求不同而采用不同材料，或零件形状复杂，整体制造
加工工艺复杂，加工成本高时，则更多地采用了焊接式结构。在几十种焊接方法中，
摩擦焊是将机械能转换成热能的一种固态焊接方法[1]
，采用摩擦焊不会出现熔焊时的
各种缺陷，不需焊丝和保护气体，效率高，无污染。因此摩擦焊技术以其优质、高效、
节能和无污染的特点已在国内外许多行业得到应用，许多国家都把摩擦焊技术作为一
项技术政策而大力推广应用[2,3]
。
与目前国际摩擦焊技术先进水平相比，我国的摩擦焊技术还有很大的进步空间
[4,5]
。随着国民经济的高速发展，我国摩擦焊技术的开发研究、生产使用还不能达到
其需求，应通过与其他学科及边缘学科的紧密结合加快摩擦焊技术的发展。从而，深
入学习和研究摩擦焊技术的特点有利于改善焊接制造业中的缺点[6]
。
1.2 摩擦螺柱焊原理及特点
1.2.1 螺柱焊原理
螺柱焊接技术产生于 20 世纪上半叶，它是一种新型的焊接方法[7]
。螺柱焊是螺
柱（柱状金属）在不同的焊接热源作用下，使螺柱和待焊母材（包括平面、筒体等各
种型体的局部表面）接触面的一定范围加热到熔融状态，形成金属熔池，螺柱受外力
作用侵入熔池中，待冷却后形成完整的焊缝。各种能提供热源的焊接方法都可以应用
于螺柱焊，典型的有电阻焊、电弧焊、摩擦焊等[8,9]
。
目前螺柱焊方法中，电弧螺柱焊是目前应用最广泛的一种螺柱焊方法，其技术已
经相对较为成熟[10]
。其主要通过直流大电流作为焊接热源的一种螺柱焊方法。这种焊
接方法具有极高的效率和可靠的焊接质量，在建筑及金属结构行业、冶金炉窑、锅炉
压力容器等制造行业中都有广泛的用途。根据焊接电源的不同，电弧螺柱焊又可分为
电容放电储能式螺柱焊和拉弧式螺柱焊[11,12]
。下图1.1为陶瓷环保护模式螺柱焊过程
示意图。 1.2.2 摩擦螺柱焊原理及分类
摩擦焊是一种固态焊接方法，它利用焊件接触端面之间产生的相对运动，在一定
轴向压力和摩擦扭矩作用下，在摩擦接触面及其附近区域由于摩擦产生热量，使焊件
摩擦界面及其附近区域温度迅速上升到接近被焊材料熔点的温度区间[13]