图 1.2 旋转摩擦焊的四个阶段 摩擦焊螺柱焊工艺方法适应性较广，可焊材料较多，不仅能焊接传统的金属材料，

还能够焊接其他材料，如复合材料、粉末合金、功能材料甚至陶瓷等新型材料和异种 材料。

随着基础学科的发展，焊接工艺也在不断地发生变化和改进，摩擦焊接领域也因 此得到扩展。被焊工件的形状尺寸也得到扩展，可以与板状母材进行摩擦焊接。

摩擦焊工艺方法及分类如下图 1.3 所示[17]。

1.2.3 摩擦螺柱焊特点[18]

图 1.3 摩擦焊工艺方法及分类

（1）焊接接头质量高。一般情况下，焊接材料不熔化，仍处于固相状态，焊合 区金属为锻造组织，晶粒细小且致密，不会产生熔焊状态后偏析、夹杂和气孔等缺陷； 其次，由于轴向压力和扭矩的存在导致晶粒细化、组织致密等力学冶金效应；同时， 当缩短焊接时间时，会导致焊接热影响区变窄，且不会出现组织粗化等现象。以上均 能获得有效的较高强度的焊接接头[14]。

（2）广泛的工艺适应性。摩擦焊方法适应的焊接材料非常广泛，不仅能焊接一 般的金属，还可以应用于复合材料、粉末合金等特殊的材料。与其他焊接方法相比， 摩擦焊更适用于异种材料的连接[19]。对于管-管、棒-棒、棒-管、棒(管)-板的焊接，同 样适用于摩擦焊[20]。

（3）焊接过程可靠性高。摩擦焊设备结构简单，且不需要其他配套设备，焊接

时需要的调控参数较少，自动化程度较高。且摩擦焊对焊接电流、电压、电阻及外界 环境敏感性较低；焊件准备简单、工件接触面要求简单。在整个焊接过程中基本能实 现完全自动化[21]。

（4）焊件尺寸精度高。由于摩擦焊接过程为固态连接，焊接过程中接触表面接 触均匀，能量高度集中，在较短的焊接时间内能量输入速度很快，所以焊接变形较小。 在对工件装配定位时进行精确控制，对焊接参数条件优化设定后，焊件尺寸精度会大 大提高。

（5）摩擦焊接生产效率高。摩檫焊接过程较短，最快几秒内完成，因此，其生 产效率很高。若配备自动给料装置、及焊前自动装夹机械手、焊后辅助工序等，实现 全自动生产后，生产效率还能大大提高[22]。

（6）焊机工作环境清洁。摩擦焊是一种固相连接，不会产生弧光、飞溅、烟雾 等有害气体与杂质，较为清洁。

（7）摩擦焊接节能低耗。摩擦焊不同于电弧焊、等离子焊等，其不需要焊接电 源，所以所需能量较低，仅为传统方法的 20%左右，同时也不需要消耗其他辅助材料， 如焊条保护气等。

1.3   摩擦焊技术的国内外发展与应用现状

摩擦焊技术方法最早是由英国人 J.H.贝文在 1891 年提出，并获得专利，但并没 有引入到生产实践中。连续驱动摩擦焊 (FRW)直到 1956 年才由前苏联学者首先试验 成功，此后，这项焊接技术在汽车行业中被广泛应用，并延伸至其他领域[23.24]。

1962 年，美国履带车辆公司(CaterPiller Tractor Co.)发明的惯性摩擦焊(简称 IFW) 或飞轮摩擦焊方法要求两待焊工件先加速到设定转速，然后提供一恒定轴向压力[25]， 使两焊件接触摩擦。此方法主要是把机械能转化为热能，同时通过摩擦扭矩降低转速 至焊接完成。此方法与连续驱动摩擦焊相比，改善了焊接接头性能、焊接质量及材料 工艺适应性。