物理知识应用：惯性摩擦焊

精品物理频道 2021-02-02

惯性摩擦焊，是一种利用飞轮储存的旋转动能实现的一种旋转摩擦焊，是20世纪60年代初由卡特彼勒公司发明的，通过在待焊材料之间摩擦，产生热量，在顶锻力的作用下材料发生塑性变形与流动，进而连接母材。

运用该技术焊接的工作过程是：将一侧的待焊零件与惯性飞轮一同固定在设备的旋转端，另一侧的零件则被固定在移动端。焊接开始前，旋转端与移动端的零件相互分开，电机驱动旋转端一侧加速旋转。当转速升至设定值时，离合器使电机与旋转端分开，旋转端凭借飞轮的转动惯量继续旋转。此时移动端零件被推向旋转端，两者接触后受顶锻力的作用开始摩擦生热，直至接触面上的材料处于黏塑性状态。生热的同时，两侧零件接触面上的杂质也被磨去，因此焊后不会产生气孔、夹杂等焊接缺陷。当接触面的温度升至最高且达到焊接所需，此时移动端受到更大的顶锻力使两侧接触面相互挤压。在挤压过程中，旋转端很快停止旋转，此时两侧零件紧密接触，材料分子相互扩散并结合成一体，完成焊接。在顶锻过程中，受到高温影响，微观组织发生改变的材料被挤出，形成所谓的飞边。

惯性摩擦焊的焊接用时短、效率高，适合大批量零件的焊接，而且焊接过程不产生有害烟雾及高亮度弧光，对环境及操作者不易产生危害。由于焊接时整个焊接面几乎同时摩擦、同时加热、同时焊接，焊接接头收缩量及残余应力分布较为均匀，焊接接头质量较高。

由于使用惯性摩擦焊时，一侧零件旋转，另一侧零件不旋转，所以该技术通常只用于旋转件（如航空发动机的盘轴、石油钻杆等）的焊接。通用动力、普惠和罗罗公司作为世界航空发动机领域的三大公司，均使用惯性摩擦焊技术对发动机压气机盘进行焊接。我国航空发动机领域也正逐步使用此项技术，以替代

传统的螺栓连接来制造新型航空发动机压气机组件。

相关物理知识

惯性：旋转端离开电机后凭借飞轮的转动惯性还能继续旋转。

摩擦生热：通过做功改变焊件的内能，使焊件的内能增大，温度升高。

力的作用效果：力能改变物体的运动状态。当接触面的温度升至最高且达到焊接所需，此时移动端受到更大的顶锻力使两侧接触面相互挤压。在挤压过程中，旋转端很快停止旋转。