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与目前国际摩擦焊技术先进水平相比，我国的摩擦焊技术还有很大的进步空间
[4,5]。随着国民经济的高速发展，我国摩擦焊技术的开发研究、生产使用还不能达到
其需求，应通过与其他学科及边缘学科的紧密结合加快摩擦焊技术的发展。从而，深 入学习和研究摩擦焊技术的特点有利于改善焊接制造业中的缺点[6]。
1.2 摩擦螺柱焊原理及特点
1.2.1 螺柱焊原理
螺柱焊接技术产生于 20 世纪上半叶，它是一种新型的焊接方法[7]。螺柱焊是螺 柱（柱状金属）在不同的焊接热源作用下，使螺柱和待焊母材（包括平面、筒体等各 种型体的局部表面）接触面的一定范围加热到熔融状态，形成金属熔池，螺柱受外力 作用侵入熔池中，待冷却后形成完整的焊缝。各种能提供热源的焊接方法都可以应用 于螺柱焊，典型的有电阻焊、电弧焊、摩擦焊等[8,9]。
目前螺柱焊方法中，电弧螺柱焊是目前应用最广泛的一种螺柱焊方法，其技术已 经相对较为成熟[10]。其主要通过直流大电流作为焊接热源的一种螺柱焊方法。这种焊 接方法具有极高的效率和可靠的焊接质量，在建筑及金属结构行业、冶金炉窑、锅炉 压力容器等制造行业中都有广泛的用途。根据焊接电源的不同，电弧螺柱焊又可分为 电容放电储能式螺柱焊和拉弧式螺柱焊[11,12]。下图 1.1 为陶瓷环保护模式螺柱焊过程 示意图。
焊接螺柱放置于焊接母材上
提升焊接螺柱，同时先导电流激发焊接电弧
电弧将螺柱尖端和母材表面熔化，形成焊接熔 池
螺柱插入焊接熔池
焊接完成，形成全断面融合的焊缝
图 1.1 拉弧式螺柱焊过程图
1.2.2 摩擦螺柱焊原理及分类
摩擦焊是一种固态焊接方法，它利用焊件接触端面之间产生的相对运动，在一定 轴向压力和摩擦扭矩作用下，在摩擦接触面及其附近区域由于摩擦产生热量，使焊件 摩擦界面及其附近区域温度迅速上升到接近被焊材料熔点的温度区间[13]。经过一定摩 擦时间或产生一定变形量后，停止相对运动，在顶锻压力的作用下，使材料产生较大 的塑性变形及流动，通过界面上原子的扩散及再结晶过程而实现连接[14]。
摩擦螺柱焊技术就是螺柱焊与摩擦焊两种新技术的紧密结合，摩擦螺柱焊的一对 待焊工件一般为螺柱——螺柱或螺柱——板材（或筒状）。焊接准备时，待焊的两个 工件中，旋转夹具夹持的工件称为旋转工件，移动夹具夹持的工件称为移动工件。焊
接过程中电机驱动使旋转工件告诉转动，横向轴向力驱使移动工件移向旋转工件，在 不断的接触过程中由于摩擦产生大量热量。当工件不断被压紧，接触面的温度随之增 加，并随接触面积的增加而升高，高温粘塑性金属逐渐覆盖在摩擦界面[14]。由于不断 增加的摩擦热量使两侧工件温度升高，使两接触面两侧金属发生液塑性流动，导致飞 边的形成，并随摩擦时间的增加为不断长大。当达到设定的摩擦时间时，电机制动， 在气缸产生横向顶端力下两工件紧密结合，形成焊接接头，从而完成整个试验[15,16]。 旋转摩擦焊四个阶段如图 1.2 所示。