摩擦焊是一种高效、节能、环保的固态连接方法，其焊接质量好、工艺简单、自动化程度高，在汽车、航空航天、船舶、电力设备等许多领域有着广阔的应用前景。研究表明，摩擦焊工艺可以改善焊接接头的力学性能，避免熔化焊时出现的缺陷，且接头热影响区组织不会出现明显的晶粒粗大。目前研究的重点主要集中在焊接接头性能和组织变化方面，尚没有从塑性流动方面对焊缝组织性能进行研究，这将很大程度上限制了摩擦焊的应用。本文采用摩擦表面加入标识材料的方式来研究焊缝塑性金属的流动过程。通过这种方法有利于分析焊缝金属的塑性流动，为推广摩擦焊焊接技术的应用提供理论和实践方面的依据。
实验材料为Φ25mm×80mm 45钢棒材。在其焊接端面上的同心圆上钻孔，同心圆的间距为3mm，钻孔孔径为1mm，孔深15mm；将直径1mm的纯铁丝插入钻好的孔中，作为标识材料。在C-20A-2型连续驱动摩擦焊机上进行摩擦焊试验，通过快速停车以及改变焊接工艺参数的方法，研究焊缝塑性金属的流动状态。焊接工艺参数见表1。
表1 摩擦焊工艺参数
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试样
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转速/(r·min-1)
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摩擦压力/MPa
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顶锻压力/MPa
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摩擦时间/s
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A 组
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2000
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3.5
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-
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2；4；8；10
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B 组
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2000
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3.5；4.5；5.5
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4.5
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12
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C 组
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2000
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5.5
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2.5；3.5；4.5
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12
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摩擦焊接过程中，摩擦面首先在距圆心2/3半径处的摩擦表面上形成，是由塑性变形和机械挖掘的表面金属组成的环状摩擦层。随着摩擦时间的延长，接头端面的摩擦面积逐渐增加，直到整个焊接面全部接触，之后塑性变形向轴向扩展。当摩擦压力逐渐增大时，焊缝表面金属变形明显增大，并且在摩擦力的作用下标识材料随着旋转方向变化。随着顶锻压力的逐渐增大，焊缝表面的标识材料的半径会逐渐增大，并且标识材料会发生整体扭转，扭转角度随着顶锻压力增大而增加。