（一）摩擦焊的起源

　　1956年前苏联首次发明了摩擦焊接技术，用摩擦焊方法把两段圆钢牢固地焊接到一起。1957年在中国•哈尔滨焊接研究所开始了摩擦焊的相关研究，1958年建立了摩擦焊专业研究室，是中国摩擦焊研究的发祥地。

　　（二）摩擦焊接的概念

　　摩擦焊接是一种固态焊接方法，即通过机械摩擦运动及施加载荷使两个焊件表面之间产生热量，利用热量使材料相互连接。不需任何焊接材料填充，使不同种类的材料达到完美结合。

　　（三）选择摩擦焊接的理由

　　● 可焊接不同种类，不同几何形状，不同尺寸的焊件，应用面广

　　● 焊接件表面不需特殊精加工，省工

　　● 无需填充焊接材料，节约成本，焊接过程绿色环保无污染

　　● 焊接速度比常规焊接方法快1-100倍，省时

　　● 所需功率为传统方法的20%，节能

　　● 可避免各类焊接缺陷，获得高质量焊缝，达到不同材质的完美结合

　　（四）摩擦焊的分类

　　（五）摩擦焊接工艺概述

　　1．轴向惯性摩擦焊接工艺（Inertial friction welding technology)

　　针对航空航天、兵器、船舶、车辆、石油地质等领域的关键工程部件优质焊接的工程需要，基于自动化、集成化的设计制造思想及理念，研制满足现代化工业生产需求的高端惯性摩擦焊接装备，解决装备工程化应用过程中的工艺问题、装备问题、质量控制问题等，实现惯性摩擦焊接装备制造水平的再提升及装备能力拓展，促进相关工程领域的技术替代与升级，解决工程领域关键技术问题，为经济及社会发展贡献价值。

　　（1）轴向摩擦焊的原理

　　（2）惯性摩擦焊基本原理

　　两工件相对旋转运动，产生摩擦热，同时在外部施加的顶锻压力作用下完成连接。

　　（3）连续驱动摩擦焊基本原理

　　（4）技术优势

　　1）整个焊接过程时间短，热循环温度低。

　　2）界面金属间化合物生成量少。

　　3）热力影响区小，接头力学性能好。

　　（5）主要应用领域

　　航空航天、兵器、船舶、车辆、石油地质等领域发挥重要作用。

　　2线性摩擦焊接工艺(Linear friction welding technology)

　　针对航空发动机整体叶盘制造及修复、航空异形件制造，开展线性摩擦焊接工艺及成套技术研究。

　　（1）线性摩擦焊基本原理

　　是一种利用待焊工件焊接面在轴向压力作用下沿一定方向做直线往复运动，通过摩擦和塑性变形产热，使焊接端面金属达到高温粘塑性状态，在顶锻压力的作用下实现原子之间的结合，从而实现高质量连接的固态连接方法。

　　（2）技术特点

　　1）属于固相焊接方法，具备能量输入准确可控，焊接接头质量高，无偏析、夹杂、裂纹和气孔等缺陷，焊接过程机械化、自动化程度高等特点。

　　2）适用范围广，打破了轴向摩擦焊的局限性，可以实现方形、多边形截面的金属或塑料非圆形截面等不规则构件焊接。

　　（3）主要应用领域

　　线性摩擦焊接技术可适用于塑料以及各类钢铁材料、铝合金、钛合金、高温合金等同种、异种材料的连接。主要应用于航空发动机整体叶盘制造与修复、航空异形件近净成形制造等领域，潜在用途包括齿轮、链环、行李箱盖、地板块等塑料部件连接，双金属叶片以及金属与塑料的复合连接，齿板式铝合金散热器连接等。

　　3搅拌摩擦焊接工艺（Friction stir welding technology）

　　根据工程应用需求，开发搅拌摩擦点焊工艺、机器人搅拌摩擦焊接工艺、静止轴肩搅拌摩擦焊接工艺、复合热源搅拌摩擦焊接工艺及成套技术。黑龙江省先进摩擦焊接技术与装备重点实验室根据市场实际需求，与各领域制造企业进行技术合作，针对不同材质、不同结构的工程零部件进行焊接工艺开发与专用装备研制，助力企业解决制造难题。

　　（1）搅拌摩擦焊基本原理

　　搅拌摩擦焊是将高速旋转的搅拌头插入被焊工件接缝处，使工件材料与轴肩摩擦接触并软化，最终达到整条焊缝的固相连接方法。

　　（2）技术特点

　　1）搅拌摩擦焊接方法与传统熔化焊相比更加绿色环保，焊接过程中不产生烟雾、弧光与飞溅，同时焊缝不产生裂纹、气孔和夹渣等熔化焊常见缺陷。

　　2）适用于铝、铜、镁等有色金属焊接。

　　（3）主要应用领域

　　搅拌摩擦焊经过20多年的发展，现已在航空航天、轨道车辆、汽车工业、电子电器等领域发挥重要作用。

　　（六）摩擦焊接新技术研究

　　1．摩擦焊接物理过程研究及表征

　　（1）焊接过程物理现象研究

　　采用高速摄像设备、热电偶测温系统、应力应变分析系统，对摩擦焊接成型过程及物理场特征进行表征。

　　（2）摩擦焊接物理场数值模拟研究

　　基于物理试验与有限元数值模拟相结合的方法，研究摩擦焊接过程温度场、焊接应力、应变场、流场的分布规律及演变特征，获得焊接物理场对焊接接头组织、力学性能的影响规律。

　　2．摩擦焊接组织及力学性能演变机理研究

　　借助材料分析软件、数值模拟软件、组织检测设备及仪器，研究摩擦焊接接头在焊接、热处理及使用过程中的组织演变规律及其对力学性能的影响；对于具有较高使用要求的工程零部件或材料，研究其在服役过程中的长时性能及演变规律。

　　3．摩擦焊接控形机理及控形技术研究

　　针对航空、航天等领域高精度技术要求，开展摩擦焊接控形机理及控形技术研究：

　　（1）轴向惯性摩擦焊接精度调控与接头成型控制

　　针对轴向摩擦焊接缩短量重复精度、焊接接头径向跳动精度控制，研究影响摩擦焊接精度的影响因素，并开展成套的精度控制技术研究；针对难变形、难焊接金属材料，开展摩擦焊接成型过程控制技术研究，解决大径厚比工件焊接失稳变形、粉末合金高温合金摩擦焊接“粉末飞溅”等成形控制问题。

　　（2）线性摩擦焊接控形机理及控形技术研究

　　针对线性摩擦焊接振动回零精度、轴向缩短量精度以及接头空间轮廓度精度，研究其影响因素及作用机理，并开展精度调控技术研究，实现线性摩擦焊接接头高精度焊接。

　　（3）搅拌摩擦焊接控形机理及控形技术

　　针对薄板搅拌摩擦焊接挠曲变形、机器人搅拌摩擦焊接下扎振动、单轴肩焊缝表面弧纹控制等搅拌摩擦焊接成形问题，开展控形机理及控形工艺、技术研究工作。

　　4．摩擦焊接缺陷形成机理及控制

　　针对不同摩擦焊接工艺、不同材料、不同缺陷形式，开展摩擦焊接缺陷形成机理研究，并对焊接缺陷进行调控。

　　（1）轴向惯性摩擦焊接缺陷形成机理及调控

　　受工艺、材料等因素的影响，轴向摩擦焊接有如下几种典型的缺陷形式，包括焊接应力裂纹、焊后再热裂纹、焊接咬边、焊接失稳变形、焊接弱连接等缺陷形式。针对多形式轴向摩擦焊接缺陷，分析焊接工艺参数、焊后状态、热处理参数对缺陷形成的影响机理，并获得缺陷调控的方法。

　　（2）线性摩擦焊接缺陷形成机理及调控

　　针对线性摩擦焊接过程中存在的对角焊缝缺陷、孔洞、焊接飞边成形异常等焊接缺陷，分析频率、振幅、焊接压力、工件对中精度等因素对焊接缺陷形成的影响，开展缺陷调控技术研究。

　　（3）搅拌摩擦焊接缺陷形成机理及调控

　　常规的搅拌摩擦焊接缺陷包括隧道、未焊透、弱连接、错边等，研究不同缺陷特征及形成机理等，获得设备、搅拌工具、焊接工艺参数、材料等因素对焊接缺陷形成的影响规律，开展焊接缺陷调控技术研究。

　　5．复合能场摩擦焊接成形机理

　　以激光热源等作为辅助能场，与摩擦产热进行热源复合，开展不同复合能场作用下摩擦焊接产热、成形、组织及力学性能调控机理研究。