1、摩擦焊是一種利用壓力和摩擦熱使工件連接在一起的固態連接方法。焊接時，由電動機帶動一個工件旋轉,同時把另一工件壓向旋轉工件，使其接觸面相互摩擦產生熱量和一定塑性變形,然后減速停止旋轉,同時施加頂鍛壓力完成焊接。而實際焊接過程中，根據產熱方式的不同，可以將摩擦焊分為以下幾種： 摩擦焊 Friction Welding1. 軌道摩擦焊2. 線性摩擦焊3. 攪拌摩擦焊4. 旋轉摩擦焊總而言之，摩擦焊是一種利用壓力和摩擦熱使工件連接在一起的固態連接方法。線性摩擦焊是20世紀90年代中期興起的一種新型固態焊接技術，它突破了旋轉式摩擦焊對被焊工件外形軸對稱的限制，大大的擴展了摩擦焊接的應用領域。線

2、性摩擦焊具有自清理、自保護的作用。材料采用鈦合金TC4軋制板材。試樣尺寸為13mm×8mm×45mm的長方體，焊接面(13mm×8mm)為線切割面。試驗采用自制的線性摩擦焊機。采用的工藝參數為：振動頻率13.643Hz，摩擦壓力2.753.2atm(壓力表指示值)，頂鍛力2.83.4atm(壓力表指示值)，摩擦時間1020s，振幅2mm。 焊后試件沿面、面(如圖1所示)剖開，通過剖面、面可以分別觀察到摩擦橫截面（與試件往復運動方向垂直）和縱截面（與試件往復運動方向平行）這兩個方向上的焊縫形狀。 通過對焊接過程和接頭質量的觀察分析，可以發現：摩擦壓力和往復運動頻率是

3、焊接熱輸入的主要影響因素。當摩擦壓力和往復運動頻率增加時，焊接熱量輸入也隨之顯著增加。 圖1 試件剖面示意圖由于材料變形的局部性和不均勻性，壓力過大則會影響試件往復運動的穩定性，同時也會增加塑性金屬的流出量，使飛邊增大，因此，不能采用太大的壓力值。在保證運動平穩的條件下，提高往復運動的頻率是增加熱輸入和提高焊縫質量最有效的方法。 摩擦時間也是線性摩擦焊接過程中的一個重要參數，但延長摩擦時間不是增加熱量輸入的最有效方法。因為熱傳導、對流及高溫塑性金屬的擠出等因素的存在，使得焊接過程中存在一熱輸入熱輸出的平衡點。在熱平衡之前，增加摩擦時間對增加熱輸入有效，而在熱平衡點之后，增加摩擦時間對熱輸入作用

4、不大。 頂鍛是摩擦焊接的最后一個環節，頂鍛力也是影響焊縫成型的重要因素。在摩擦過程中，金屬摩擦副之間形成一層高溫粘塑性層，它是摩擦表面的“粘結”介質，通過頂鍛使金屬摩擦副牢固結合。若頂鍛力過大，使粘結介質大量被擠出，焊接效果反而下降。 焊縫成型與飛邊的形成 摩擦界面橫截面和縱截面的形狀分別如圖2 (a)、(b)所示，圖3是部分放大的縱向飛邊。 (a)摩擦界面橫截面的形貌 (b) 摩擦界面縱截面的形貌 圖2 TC4摩擦焊焊縫形狀 圖3 部分放大的飛邊 從圖2(a)和(b)可以看出，截面上的焊縫成型均勻一致，沒有裂紋和未焊合缺陷。但無論橫截面還是縱截面，其邊緣均有明顯的變形，并產生飛邊,且飛邊大小

5、不同，橫向飛邊比縱向飛邊小。從部分放大的縱向飛邊圖3可以看出，飛邊氧化后呈彩色，并有明顯的橫向條紋。 飛邊的形成主要受摩擦面溫度場和粘塑性應變兩個因素的影響，在摩擦初始階段摩擦表面的微凸體發生粘著、剪切，產生摩擦熱，表面局部的溫度開始升高；隨著摩擦的進行，摩擦面達到一定溫度時就形成一層高溫塑性金屬2。由于溫度場分布不均勻，塑性層厚度不均勻，相對而言，摩擦面內部較厚，而邊緣較薄(邊緣熱散失的緣故)。在摩擦壓力和試件往復運動的作用下，部分塑性金屬被推出摩擦面。在平行試件運動的方向，有類似于機械加工中的“刨削”作用。由于往復運動周期進行，縱向飛邊不斷向前推進，并呈現明顯的橫向條紋。隨著摩擦的繼續進行

6、，溫度進一步升高，塑性層的厚度也增加，在摩擦壓力的作用下，橫向邊緣的部分塑性金屬則沿橫向被擠出，形成橫向(垂直試件運動方向)飛邊。無論是被縱向擠出的塑性金屬或是被橫向擠出的塑性金屬，由于被擠出摩擦面時溫度較高，而鈦在600時可以與氧發生強烈作用，因而飛邊被氧化變色。 接頭的微觀組織 圖4為鈦合金TC4線性摩擦焊界面縱向截面的低倍放大圖。從圖可以看出，焊合界面附近有不同程度的變形，按照其變形程度，可以分為完全變形區、部分變形區和未變形區。完全變形區和部分變形區在光學顯微鏡下的微觀組織結構分別如圖5和圖6所示，母材的微觀組織如圖7所示。 從圖4、圖5、圖6和圖7可以看出：完全變形區的晶粒細小且明顯

7、被拉長，這說明TC4鈦合金在線性摩擦焊接過程中，不僅有塑性流動的過程，而且存在動態恢復和再結晶的過程。 圖4 摩擦焊界面縱向截面的低倍放大圖 圖5 完全變形區組織 部分變形區的微觀組織也有塑性流動趨勢，晶粒比完全變形區粗大，但仍比母材的晶粒細小；未變形區微觀組織與母材類似，不存在塑性流動的趨勢。在部分變形區和未變形區之間有明顯的界線。 由于TC4鈦合金熱傳導率較低，室溫下的熱傳導率約為7W/m·k，即使在1000下其熱傳導率也只有20 W/m·k。因此，部分變形區的溫度較低，這造成該區塑性變形的難度增大；又由于TC4鈦合金的屈服應力在低溫下較高而在800以上迅速降低，從而該區和未變形區之間產生了明顯界線。圖6部分變形區組織  圖7母材組織 結論 (1)利用線性摩擦焊方法成功地實現了鈦合金TC4的焊接,獲得了高質量的焊接接頭。 (2)在線性摩擦過程中，摩擦壓力、振動頻率、摩擦時間和頂鍛壓力對焊接質量均有重要影響；在一定的范圍內,提高振動頻率是增加熱量輸入和提高接頭質量的有效途徑。 (3)線性摩擦焊的飛邊獨特。由于往復運動、正壓力和摩擦力的共同作用，使縱向飛邊和橫向飛邊上均呈現有清晰的橫向條紋。 (4)鈦合金TC4線性摩擦焊焊合界面附近有不同程度的變形，按照其變形程度，可以分為完全變