摩擦焊是一种利用工件接触面摩擦产生的热量作为热源，使工件待焊部位局部加热达到粘塑性状态，随后在顶锻力作用下实现连接的固相焊接方法。它无需填充材料，焊接过程中母材不发生熔化，而是通过塑性变形和扩散实现冶金结合，具有高效、节能、质量稳定等特点，广泛应用于航空航天、汽车制造、石油化工等领域。

一、摩擦焊的基本原理

摩擦生热阶段

焊接时，一个工件（通常为旋转件）高速旋转，另一个工件（非旋转件）在轴向力作用下与旋转件接触，接触面因摩擦产生热量，使材料温度升高至粘塑性状态（介于塑性和弹性之间，材料可流动但未完全熔化）。

顶锻焊接阶段

当接触面材料达到合适的塑性变形程度后，停止旋转并施加更大的顶锻力，使接触区产生塑性变形和扩散，最终形成牢固的焊接接头。

二、摩擦焊的优点

焊接质量高

接头为固相冶金结合，无熔焊常见的气孔、裂纹、夹渣等缺陷，力学性能（如强度、韧性）接近母材。

焊接过程可控性强，重复性好，适合大批量生产。

效率高、成本低

焊接时间短（通常几秒到几分钟），无需填充材料和焊前预处理（如除锈、去油污），能耗仅为熔焊的 10%~15%。

可焊接异种金属（如钢 - 铜、铝 - 钢），拓宽材料组合范围。

环保安全

无电弧、火花、烟雾和飞溅，焊接过程清洁，符合绿色制造要求。

三、摩擦焊的局限性

工件形状受限

传统摩擦焊（如连续驱动、惯性摩擦焊）主要适用于圆形或轴对称工件，非对称形状需采用线性摩擦焊等特殊工艺。

设备投资大

高精度摩擦焊设备（如相位控制摩擦焊机）成本较高，适合大规模生产场景。

材料适用性

对于高温下易氧化或塑性差的材料（如钨、钼等难熔金属），焊接难度较大。

四、摩擦焊的应用领域

汽车制造

焊接汽车半轴、变速箱齿轮轴、发动机排气门（钢 - 铜合金异种金属焊接）、铝合金轮毂等。

案例：某汽车厂商采用摩擦焊生产半轴，效率比传统熔焊提升 5 倍，废品率低于 0.1%。

航空航天

焊接飞机发动机涡轮叶片、导弹壳体、铝合金结构件（如搅拌摩擦焊用于波音 787 机身制造）。

优势：可实现航空材料（如钛合金、高温合金）的高质量连接，减少零件重量和装配工序。

石油化工

焊接钻杆、阀门、管道（如不锈钢 - 碳钢异种金属接头），满足高压、耐腐蚀工况需求。

机械制造

焊接电机轴、机床丝杆、工具手柄（如硬质合金刀具与钢柄焊接），提高结合强度和使用寿命。

新能源领域

搅拌摩擦焊用于锂电池壳体密封焊接、储能设备铝合金框架连接，保证焊缝密封性和安全性。

五、摩擦焊的发展趋势

智能化与自动化

集成传感器和控制系统（如扭矩、温度实时监测），实现焊接过程闭环控制，提升接头一致性。

复合焊接技术

摩擦焊与激光、电弧等工艺结合（如激光辅助摩擦焊），解决高熔点材料或复杂结构焊接难题。

轻量化材料应用拓展

针对铝合金、镁合金、钛合金等轻金属，开发专用摩擦焊工艺（如高速搅拌摩擦焊），满足航空航天和新能源汽车轻量化需求。

绿色制造导向

进一步降低能耗，探索摩擦焊废料（如飞边）的回收利用技术，推动循环经济。

总结

摩擦焊凭借其高效、优质、节能的特点，已成为现代制造业中不可或缺的关键技术。随着工艺创新和设备升级，其在高端制造领域（如航空航天、新能源）的应用将不断拓展，为实现 “双碳” 目标和制造业绿色转型提供重要支撑。