惯性摩擦焊方法提出后就被应用到了以航空航天为主的各个行业中。近年来，世 界各国技术人员深入研究完善摩擦焊技术，使摩擦焊更加高效、节能、无污染。使其 广泛应用于航空航天、核能开发、国防、汽车、电子电力、机械制造等高新技术和传 统产业部门中。

在航空航天工业中，美国 GE 公司成功使用惯性摩擦焊技术焊接军用航空发动 机转子部件[26,27]：CMF56  航空发动机的 1～2  级、4～9  级以及压气机轴等。API

（Udimet700、Astroloy）、In100 和 Rene’95 及 In718 等粉末高温冶金盘已成功采用 了惯性摩擦焊。美国的 AISI4340 超高强钢飞机起落架与拉杆也采用摩擦焊进行了 4340  管与 4030  锻件的焊接[25,33,34]。

在汽车行业中，摩擦焊应用最广泛的是发动机双金属排气阀的焊接[29] ，将 NiCr20TiAl 为主的高温合金盘部与 4Cr9Si2 为主的马氏体型不锈耐热钢杆部连接起 来形成整体排气阀[26]。另外，汽车部件中的各种轴类部件、齿轮、支座、鼓和毂组件 等也开始使用摩擦焊来改善焊接工艺，提高生产效率并降低生产成本[27,28]。

我国对于摩擦焊的研究较早，在 1957 年成功试验了银-铜摩擦焊技术，当时就采 用了封闭加压的原理[30]。通过五十多年来的研究与发展，摩擦焊在我国的电力、纺织、 电机、石油钻探、汽车、金属刀具、机械等传统工业部门已被推广应用[7,33]。

目前，由于我国摩擦焊技术发展仍较为缓慢，同国际先进水平相比还存在较大的 差距[5,29]。我国需要在不同材料、新型焊接方法等方面进行拓展研究。为了满足国内 日益增加的市场需求，尽快缩短与国外产品的差距，需要把摩擦焊与多种其他学科进 行强化结合。

1.4   课题的主要研究内容

本课题主要针对钢螺柱-钢板结构，开展摩擦螺柱焊接工装夹具的设计及工艺试 验研究。具体试验研究内容如下：

（1）摩擦螺柱焊接工装夹具的设计：根据待焊钢螺柱-钢板结构尺寸及摩擦螺柱 焊工艺要求，设计相应的螺柱工装夹具、板母材工装夹具等，以满足焊接工艺的要求。

（2）摩擦螺柱焊接工艺试验研究：针对 45 钢柱状、板状母材和 45 钢螺柱，开 展摩擦螺柱焊工艺试验研究，采用控制变量法对工艺参数与焊接质量成型的关系进行 研究，改善焊接参数，获得典型结构合理的工艺参数窗口。

（3）摩擦螺柱焊焊接接头质量分析：对焊缝组织进行微观组织、焊接接头的力 学性能及拉伸试样断口形貌分析，确定不同的工艺参数对焊接接头性能的影响，得到 最佳焊接参数。

2 摩擦螺柱焊试验条件与工艺方案设计

2.1 试验材料

试验所用螺柱与板材均为 45 钢，其化学成分及力学性能见表 2.1、表 2.2

表 2.1 45 钢化学成分

C Si Mn Cr Ni Cu

0.42-0.50 0.17-0.37 0.50-0.80 ≤0.25 ≤0.30 ≤0.25

表 2.2 45 钢基本力学性能参数