利用摩擦熱焊接起源于一百多年前，此后經(jīng)半個(gè)多世紀的研究發(fā)展，摩擦焊技術(shù)才逐漸成熟起來(lái)，并進(jìn)入推廣應用階段。自從上世紀五十年代摩擦焊真正焊出合格焊接接頭以來(lái)，就以其優(yōu)質(zhì)、高效、低耗環(huán)保的突出優(yōu)點(diǎn)受到所有工業(yè)強國的重視。我國的摩擦焊研究始于1957年，發(fā)源地是哈爾濱焊接研究所，是世界上最早開(kāi)展摩擦焊研究的幾個(gè)國家之一，取得了很多引人注目的成果。

摩擦焊技術(shù)的主要優(yōu)點(diǎn)歸結為如下幾個(gè)方面：

(1) 接頭質(zhì)量好且穩定。焊接過(guò)程由機器控制，參數設定后容易監控，重復性好，不依賴(lài)于操作人員的技術(shù)水平和工作態(tài)度。焊接過(guò)程不發(fā)生熔化，屬固相熱壓焊，接頭為緞造組織，因此焊縫不會(huì )出現氣孔、偏析和夾雜，裂紋等鑄造組織的結晶缺陷，焊接接頭強度遠大于熔焊、釬焊的強度，達到甚至超過(guò)母材的強度；

(2) 效率高。對焊件準備通常要求不高，焊接設備容易自動(dòng)化，可在流水線(xiàn)上生產(chǎn)，每件焊接時(shí)間以秒計，一般只需零點(diǎn)幾秒至幾十秒，是其它焊接方法如熔焊、釬焊不能相比的；

(3) 節能、節材、低耗。所需功率僅及傳統焊接工藝的1/5～1/15，不需焊條、焊劑、釬料、保護氣體，不需填加金屬，也不需消耗電極；

(4) 焊接性好。特別適合異種材料的焊接，與其它焊接方法相比，摩擦焊有得天獨厚的優(yōu)勢，如鋼和紫銅、鋼和鋁、鋼和黃銅等等；

(5) 環(huán)保，無(wú)污染。焊接過(guò)程不產(chǎn)生煙塵或有害氣體，不產(chǎn)生飛濺，沒(méi)有孤光和火花，沒(méi)有放射線(xiàn)。

由于以上這些優(yōu)點(diǎn)，摩擦焊技術(shù)被譽(yù)為未來(lái)的綠色焊接技術(shù)。

摩擦焊技術(shù)在國內的發(fā)展及應用狀況

經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展，摩擦焊技術(shù)在國內目前已經(jīng)具備了包括工藝、設備、控制、檢驗等整套完備的專(zhuān)業(yè)技術(shù)規模，并且在基礎理論研究上也形成了一定的獨立體系。

1 摩擦焊工藝研究與應用

目前我國摩擦焊技術(shù)的應用比較廣泛，可焊接直徑3.0～120mm的工件以及8000mm?的大截面管件，同時(shí)還開(kāi)發(fā)了相位焊和徑向摩擦焊技術(shù)，以及攪拌摩擦焊技術(shù)。不僅可焊接鋼、鋁、銅，而且還成功焊接了高溫強度級相差很大的異種鋼和異種金屬，以及形成低熔點(diǎn)共晶和脆性化合物的異種金屬。如高速鋼—碳鋼、耐熱鋼—低合金鋼、高溫和金—合金鋼、不銹鋼—低碳鋼、不銹鋼—電磁鐵以及鋁—銅、鋁—鋼等。近年來(lái)隨著(zhù)我國航空航天事業(yè)的發(fā)展，也加速了摩擦焊技術(shù)向這些領(lǐng)域的滲透，進(jìn)行了航空發(fā)動(dòng)機轉子、起落架結構件、緊固件等材料（Ln718  Ti17  300M  GH159  GH4169）以及金屬與陶瓷、復合材料、粉末高溫合金的摩擦焊工藝試驗研究，某些電工材料的釬焊工藝也開(kāi)始用摩擦焊接所取代。如電磁鐵—不銹鋼、鎢銅合金等。目前我國采用摩擦焊接方法焊接的產(chǎn)品有：鍋爐行業(yè)的蛇形管摩擦焊接，閥門(mén)行業(yè)的閥門(mén)法蘭和閥體密封座的摩擦焊接，軸瓦行業(yè)的止推邊軸瓦的摩擦焊接，工具行業(yè)的鉆頭、銑刀、鉸刀的刃部與柄部的摩擦焊接，汽車(chē)及機車(chē)行業(yè)發(fā)動(dòng)機的雙金屬排氣閥、氣門(mén)頂桿、柴油機預熱室噴咀、半軸、扭力管、內燃機增壓器渦輪軸，潛水電泵轉軸，紫銅不銹鋼水接頭，鋁銅過(guò)渡接頭，紡織機梭子芯，關(guān)節軸承，泥瓦工具，地質(zhì)鉆桿，石油鉆桿、實(shí)心、空心抽油桿，航空發(fā)動(dòng)機集成齒輪，木工多用機床上的刀軸等等。

2 理論研究及工程應用

我國科技人員對摩擦焊接表面高溫塑性金屬層的形成、流動(dòng)、擴展和焊接接頭形成機理，摩擦焊接的能量轉換及過(guò)程控制，大截面石油鉆桿摩擦焊接工藝和強韌性控制，摩擦焊接接頭灰斑缺陷形成機制及焊接接頭斷口形貌與斷裂應變，鋁—銅薄壁管摩擦焊接機理與接頭性能和焊縫化合物相形成機制等方面進(jìn)行了較深入地基礎理論研究工作。

在工程應用上針對急待解決的一系列問(wèn)題開(kāi)展了摩擦焊技術(shù)研究的課題。其中摩擦焊接頭形變熱處理的工藝試驗研究是一項有代表性的應用科學(xué)研究工作，這項研究率先在摩擦焊領(lǐng)域中引入形變強化與相變強化相結合通過(guò)改變傳統的連續驅動(dòng)摩擦焊過(guò)程，把焊接工藝同焊后熱處理工藝實(shí)行工序兼并，利用焊接余熱和剎車(chē)能耗在摩擦焊機上直接對摩擦焊接頭進(jìn)行形變熱處理，機上配備的熱處理裝置可以更有效地實(shí)現相變條件的控制，這樣就可以把摩擦焊過(guò)程中高溫形變引入的大量位錯等用淬火相變牢固地釘扎住，充分發(fā)揮形變強化與相變強化的雙重作用取得的以往用單一方法不能達到的強韌化效果。實(shí)現了在不降低接頭強度的前提下，韌性超過(guò)調質(zhì)母材的水平，這套技術(shù)不僅提高了焊接質(zhì)量而且簡(jiǎn)化了工藝，減少了焊后熱處理的加熱次數，降低了成本。該項研究成果處于世界領(lǐng)先地位，目前在抽油桿、油管的生產(chǎn)和鉆桿的修復上進(jìn)行了推廣應用。為控制鋁—銅過(guò)渡接頭脆性層的產(chǎn)生，研究了低溫摩擦焊并應用于生產(chǎn)。近年來(lái)對超塑性溫度范圍內相變溫度以下摩擦焊進(jìn)行了研究，并取得了階段性成果；在焊接質(zhì)量監控方面，先后研制了摩擦焊功率極值控制儀及微機質(zhì)量監控裝置。微機質(zhì)量監控裝置是對焊接過(guò)程的軸向壓力、主軸轉速、摩擦扭矩、焊件軸向縮短量、時(shí)間、焊接溫度及形變熱處理溫度等影響焊接接頭質(zhì)量的主要參數的變化進(jìn)行監控。在新材料的焊接性，摩擦焊接信息過(guò)程與傳感技術(shù)，摩擦焊接參數計算和實(shí)時(shí)監測與閉環(huán)控制，摩擦焊縫缺陷形成機制與力學(xué)行為，摩擦焊接頭強韌性控制，摩擦焊接物理參量場(chǎng)（溫度場(chǎng)，應力應變場(chǎng)）數值模擬，以及高速攝影、頻譜分析等相關(guān)試驗技術(shù)等方面也開(kāi)展了較系統深入的研究工作。

近幾年來(lái)攪拌摩擦焊技術(shù)也引起了我國科技工作者的高度重視，先后開(kāi)展了對鋁合金（如防銹鋁、鍛鋁、硬鋁、超硬鋁等）、紫銅、PVC塑料等材料的攪拌摩擦焊研究，同時(shí)還在積極開(kāi)展鈦合金、鎂合金和黑色金屬的攪拌摩擦焊工藝研究，同時(shí)對攪拌摩擦焊的機理、微觀(guān)組織、力學(xué)性能和攪拌摩擦焊的核心技術(shù)攪拌頭等都展開(kāi)了深入的研究。并取得了一定的工程應用。

3 摩擦焊機的生產(chǎn)與相關(guān)技術(shù)

我國現有六百余臺摩擦焊機，絕大部分是連續驅動(dòng)摩擦焊機。近年來(lái)由于加強了與德國KUKA、日東株氏會(huì )社、美國MTI公司等摩擦焊機制造公司的交流與引進(jìn)樣機，焊機先后采用了液壓馬達驅動(dòng)的主軸系統，串聯(lián)軸承組——平衡油缸液力平衡旋轉活塞，多片式粉末冶金涂層離合器，滾動(dòng)導軌和可編程序控制器（PLC）控制等多項先進(jìn)技術(shù)，使焊機制造水平有了較大的提高。

隨著(zhù)實(shí)際生產(chǎn)的需要。國內對于其它型式的摩擦焊機也進(jìn)行了研制，如長(cháng)春焊接設備廠(chǎng)研制了小噸位的慣性焊機，相位摩擦焊機，哈爾濱焊接研究所研制了具有形變熱處理功能帶機上淬火裝置及自動(dòng)去飛邊裝置的混合式摩擦焊機，變頻調速相位摩擦焊機。哈爾濱量具刃具廠(chǎng)研制了20T雙頭摩擦焊機，中國兵器工業(yè)第五九研究所研制了小噸位徑向摩擦焊機，北京賽福斯特技術(shù)有限公司研制了系列攪拌摩擦焊機等等，這些焊機有的技術(shù)指標和制造水平已達到或接近國外同類(lèi)焊機的水平。

面對國內市場(chǎng)的需要，摩擦焊機的生產(chǎn)也在向系列化方向發(fā)展，目前國內生產(chǎn)的焊機最大噸位是1250kN，最小是5KN?？傊?，在國內的焊機系列中，變型少，品種也比較單一，還沒(méi)有巨型機和微型機。與焊機相配套的去飛邊裝置，自動(dòng)上下料裝置，焊后熱處理，無(wú)損檢測裝置等雖有不同的類(lèi)型，但是這些還比較專(zhuān)業(yè)化，沒(méi)有形成標準通用的系列，有待不斷的完善。我國也有了自己的摩擦焊機行業(yè)標準，隨著(zhù)制造技術(shù)的提高，這個(gè)標準也將有待向著(zhù)較高水平方向修訂。

摩擦焊技術(shù)發(fā)展的展望

我國摩擦焊技術(shù)的發(fā)展現狀還很不適應國民經(jīng)濟高速發(fā)展的需要。今后5—10年內我國的摩擦焊工作者還要在材料的焊接性、摩擦焊的焊接方法、摩擦焊設備和摩擦焊的應用領(lǐng)域展開(kāi)更加深入的研究。

1 材料的焊接性

主要瞄準那些難以熔焊的及新興的焊接材料的焊接，象鈦合金與不銹鋼的摩擦焊接、鈦與鋁的摩擦焊接、純鈦與純銅的摩擦焊接、高熔點(diǎn)材料的摩擦焊接、輕金屬的摩擦焊接、粉末合金材料的摩擦焊接、新興材料的摩擦焊接、鑄造合金的摩擦焊接、鋼材與活性金屬的摩擦焊接等等材料的摩擦焊接性研究。對材料摩擦焊接物理、化學(xué)、力學(xué)冶金的基礎理論進(jìn)一步深入研究，拓寬摩擦焊可焊材料領(lǐng)域。

2  摩擦焊方法

今后5—10年要加大力度開(kāi)發(fā)一些新的摩擦焊方法，逐步完善并擴大其應用范圍。

（1）相位摩擦焊

可實(shí)現有相位要求的工件的摩擦焊接，擴大了摩擦焊的應用領(lǐng)域。目前生產(chǎn)中對如六方形斷面的零件、八方鋼、汽車(chē)操作桿、花鍵軸、撥叉、兩端帶法蘭的軸等均要求采用相位摩擦焊。在電控技術(shù)和機械技術(shù)高度發(fā)展的前提下，為大噸位相位摩擦焊機的研制提供了可能。

（2）線(xiàn)性摩擦焊

線(xiàn)性摩擦焊技術(shù)，是兩個(gè)工件以一定的頻率和振幅進(jìn)行往復運動(dòng)產(chǎn)生熱量進(jìn)行的焊接，它可以將方形、圓形、多邊形截面的金屬或塑料焊接在一起。它可以焊接更不規則截面的構件，象葉片與渦輪等，以后要深入開(kāi)展線(xiàn)性摩擦焊機原理、振動(dòng)系統動(dòng)力學(xué)等的研究，為研制大噸位的性摩擦焊機作準備。

（3）徑向摩擦焊

徑向摩擦焊由于其引入中間旋轉加壓圓環(huán)，不僅改變了摩擦面的方向，焊件也由相對旋轉加壓變?yōu)橄鄬潭訅?，它非常適合于長(cháng)管子的焊接，同時(shí)它還可以把薄壁銅環(huán)焊接到彈體外壁上，能夠使軍工產(chǎn)品升級換代。今后要加強徑向摩擦焊機理和瞬間大流量液壓系統的研究，為大噸位徑向摩擦焊機的研制奠定理論基礎。

（4）攪拌摩擦焊

攪拌摩擦焊技術(shù)是1991年英國焊接研究所發(fā)明的固相連接技術(shù)，它在航空、航天、船舶、海洋工業(yè)、武器裝備以及高速列車(chē)等領(lǐng)域的輕結構制造中的應用研究得到廣泛開(kāi)展。同時(shí)也引起了我國科技工作者的高度重視，先后開(kāi)展了一些攪拌摩擦焊的研究工作，今后要對攪拌摩擦焊的機理、微觀(guān)組織、力學(xué)性能和攪拌摩擦焊的核心技術(shù)攪拌頭等展開(kāi)更加深入的研究。拓展攪拌摩擦的材料焊接范圍，特別是要加強異種材料攪拌摩擦的研究，進(jìn)一步擴大攪拌摩擦焊的工程應用。同時(shí)還要對摩擦堆焊、第三體摩擦焊和嵌入摩擦焊開(kāi)展研究。

3 摩擦焊設備與工程應用

隨著(zhù)摩擦焊技術(shù)的廣泛應用，摩擦焊設備也得到了迅速的發(fā)展，2000年不完全統計全世界共有5000多臺摩擦焊機用于焊接生產(chǎn)。
為了適應大型和特殊部件的焊接，要研制我國的大型和微型的摩擦焊機。為適應特種用途還要開(kāi)發(fā)慣性摩擦焊、徑向摩擦焊，攪拌摩擦焊、雙頭摩擦焊，立式摩擦焊及水下摩擦焊等多種特種摩擦焊機。在制造及監控技術(shù)方面要本著(zhù)柔性和自動(dòng)化來(lái)設計。焊機可附加很多自動(dòng)化設備和加工裝置，從而創(chuàng )造出一個(gè)高度柔性和自動(dòng)化的完整系統，以適應用戶(hù)的各種要求。為強化焊接過(guò)程質(zhì)量保證，除了時(shí)間控制、變形量控制、能量控制外，還要開(kāi)發(fā)特殊過(guò)程控制技術(shù)。如摩擦扭矩和聲發(fā)射監控技術(shù)等。

為了適應焊接生產(chǎn)的自動(dòng)化要求，要加強相關(guān)技術(shù)及外圍設備的研究。如不同類(lèi)型的去飛邊裝置、機器人或其他上下料裝置、熱處理及無(wú)損檢驗技術(shù)，工件可在焊前或焊后在焊機上進(jìn)行機加工，有的甚至可進(jìn)行CNC加工。使之在生產(chǎn)線(xiàn)上可靠運行。還可與柔性制造系統（FMS）配合使用。

今后汽車(chē)工業(yè)將成為摩擦焊最具活力的市場(chǎng)，使用摩擦焊焊接的零部件有渦輪增壓器，安全氣囊的增壓泵，變速器和齒輪箱的驅動(dòng)軸、后橋、排氣閥、氣動(dòng)制動(dòng)用凸輪等。在工程機械方面，摩擦焊主要用來(lái)焊接液壓傳動(dòng)部件，如液壓缸，活塞桿，尤其是法蘭與閥體的焊接，另外在履帶支重輪，減震器和齒輪泵轉子制造中也可以采用摩擦焊。

要加大對飛機起落架的管與拉桿的摩擦焊接，直升飛機起落架旋翼主傳動(dòng)軸的合金齒輪與高鎳合金鋼管軸、雙金屬鉚釘、飛機鉤頭螺栓等摩擦焊研究。逐步擴大摩擦焊應用領(lǐng)域。

總結

縱觀(guān)國內外摩擦焊發(fā)展現狀，我國與國際先進(jìn)水平相比，還很落后。摩擦焊技術(shù)在國內的研究開(kāi)發(fā)、推廣應用的工作還不能滿(mǎn)足國民經(jīng)濟飛速發(fā)展的需要，面對國內市場(chǎng)的需求，國際競爭的日益激烈，我國廣大摩擦焊科技工作者，任重道遠。為適應我國科技發(fā)展的需求和縮短同國外同類(lèi)產(chǎn)品的差距，為加快實(shí)現我國摩擦焊技術(shù)的現代化。實(shí)現摩擦焊技術(shù)自身發(fā)展的同時(shí)，加強同其它學(xué)科與邊緣學(xué)科的結合。愿我們攜起手來(lái)，用我們的奉獻托起我國摩擦焊的今天與未來(lái)。