■16皮质骨螺钉CDFW接头及其结构示意 Flg.16 Cortical bone screw CDFW joints and structure 伴随着对W的深入研究，摩擦焊接设备的加热功率、加压能力和控制水平是其推广应用的关 键因素。欧美等发达国家对FW装备的研发时间较长。目前世界上最大的CDFW焊机是由美国 MTI(Manufacturing Technology,Inc.)公司制造的，重约350吨，可用于筒形部件焊接。且国外研 发的CDFW焊机大多采用较为先进的Windows平台焊接软件，采用电气伺服作为施力系统，可实 现工艺参数与焊接过程的集成控制，具备实时显示焊接参数、在线控制、故障诊断、历史数据查询 等先进功能。如MTI公司设计的摩擦焊机，利用液压比例控制等先进技术，可实现CDW和FW 的相互转换：德国TFW公司设计制造的CDFW焊机配有工业计算机和PLC,实现了焊接过程参数 化、焊接回放等功能o。我国作为开展FW技术较早的国家之一，也研制了一系列专用摩擦焊机。 如铝-铜接头摩擦焊机、轴瓦摩擦焊机、汽门项杆摩擦焊机、阀门摩擦焊机等前，国产CDW 焊机最大吨位1250kN,最小吨位5kN4。与国外先进设备相比，国内的W装备仍存在型号单一、 无超大吨位及微型摩擦焊机的不足。虽然部分FW焊机设置了上下料、去飞边热处理和检测等先 进装置，但一般只适用于某台焊机，没有实现通用化，因此，我国摩擦焊机的发展任重而道远2。 7 结束语 摩擦焊(FW)是伴随科学技术不断发展而产生的重要固相焊接江艺，可以实现高水平的自动 化焊接，获得高质量的焊接接头，是弥补传统熔化焊方法容易产生接头缺陷的有效途径，也是连接 异种材料与新型材料的可行方案，广泛用于连接金属、非金属等各种零件。 (1)W的核心科学问题是摩擦过程的产热功摩产热量，它们显著影响接合区温度场：而 摩擦或顶锻压力对高温材料的塑性流动和再结晶行为重要影响，进而影响接头的微观组织与力学 性能。FW的众多工艺参数对接头的最终性能有不同程度影响，深入认识和理解决FW的核心科学 问题及工艺参数对接头性能的影响规律，是获得高质量（包括微观结构和力学性能等）焊接接头的 基础：针对不断出现的新材料和新应用，值得不衙深入研究。 (2)FW设备是实现高效摩擦焊接过程、获得优质接头的关键，涉及机械结构、工艺过程控 制、参数检测和控制等。如何克服既要平衡高摩擦压力，又要保持高速摩擦运动的矛盾，是确保 FW装备控制精度和工作性能等进步提升的核心问题，且FW设备的自动化程度、自动装卸料及 去除飞边装置等亦需进一步加强和配置：为满足不同形态和尺寸工件的FW焊接需求，FW设备需 要进一步向大型化和微型化发食以拓展可焊工件尺寸范围。 (3)数值分析、模拟对W过程的接头温度场、塑性变形和应力场进行深入研究的有效方 法。对FW全过程进行建模和模拟是重要研究方向，可为FW工艺参数选择和优化提供更有力支撑。 基于流体力学的欧拉方法或基于粒子的无网格方法可能是建立FW全过程模型构建的有效手段。 (4)FW可有效连接组织性能差异较大的异种金属、非金属材料。如何获得性能优异的接头， 降低MC的影响、是FW工艺面临的新挑战。结合中间层过渡、焊前预加热、焊后热处理、施加外 部电流等工艺的℉W方法，是获得性能良好的异种材料FW接头的切入点，尝试与其他焊接方法的 融合与创新，在FW过程中引入新的工艺手段，是提升异种材料FW接头性能的潜在方向。 随着对FW连接工件的材料类型愈来愈多（如耐高温、抗腐蚀的镍基高温合金等新型材料）及 对接头性能的要求越来越高、焊接工件的尺寸越来越多样化（如飞机、船舶中的大型工件，非金属、 精密仪器中的小型工件)，仍需要对新的FW技术、设备和工艺等进行不断探索，寻找解决方案， 开展更深入研究，拓展应用领域。此外，FW接头的接合机理涉及摩擦学、弹塑性力学和热力学等 相关理论，某些合金组合无法实现有效焊接等难题，也有待进一步揭示和解决，以形成新的、更成 熟的理论体系，如摩擦焊热源演变规律、接头成形机制等。图 16 皮质骨螺钉 CDFW 接头及其结构示意 Fig.16 Cortical bone screw CDFW joints and structure 伴随着对 FW 的深入研究，摩擦焊接设备的加热功率、加压能力和控制水平是其推广应用的关 键因素。欧美等发达国家对 FW 装备的研发时间较长。目前世界上最大的 CDFW 焊机是由美国 MTI（Manufacturing Technology, Inc.）公司制造的，重约 350 吨，可用于筒形部件焊接。且国外研 发的 CDFW 焊机大多采用较为先进的 Windows 平台焊接软件，采用电气伺服作为施力系统，可实 现工艺参数与焊接过程的集成控制，具备实时显示焊接参数、在线控制、故障诊断、历史数据查询 等先进功能。如 MTI 公司设计的摩擦焊机，利用液压比例控制等先进技术，可实现 CDFW 和 IFW 的相互转换；德国 TFW 公司设计制造的 CDFW 焊机配有工业计算机和 PLC，实现了焊接过程参数 化、焊接回放等功能[40]。我国作为开展 FW 技术较早的国家之一，也研制了一系列专用摩擦焊机。 如铝-铜接头摩擦焊机、轴瓦摩擦焊机、汽门项杆摩擦焊机、阀门摩擦焊机等。目前，国产 CDFW 焊机最大吨位 1250 kN，最小吨位 5 kN[41]。与国外先进设备相比，国内的 FW 装备仍存在型号单一、 无超大吨位及微型摩擦焊机的不足。虽然部分 FW 焊机设置了上下料、去飞边、热处理和检测等先 进装置，但一般只适用于某台焊机，没有实现通用化，因此，我国摩擦焊机的发展任重而道远[42]。 7 结束语 摩擦焊（FW）是伴随科学技术不断发展而产生的重要固相焊接工艺，可以实现高水平的自动 化焊接，获得高质量的焊接接头，是弥补传统熔化焊方法容易产生接头缺陷的有效途径，也是连接 异种材料与新型材料的可行方案，广泛用于连接金属、非金属等各种零件。 （1）FW 的核心科学问题是摩擦过程的产热功率和产热量，它们显著影响接合区温度场；而 摩擦或顶锻压力对高温材料的塑性流动和再结晶行为有重要影响，进而影响接头的微观组织与力学 性能。FW 的众多工艺参数对接头的最终性能有不同程度影响，深入认识和理解决 FW 的核心科学 问题及工艺参数对接头性能的影响规律，是获得高质量（包括微观结构和力学性能等）焊接接头的 基础；针对不断出现的新材料和新应用，值得不断深入研究。 （2）FW 设备是实现高效摩擦焊接过程、获得优质接头的关键，涉及机械结构、工艺过程控 制、参数检测和控制等。如何克服既要平衡高摩擦压力，又要保持高速摩擦运动的矛盾，是确保 FW 装备控制精度和工作性能等进一步提升的核心问题，且 FW 设备的自动化程度、自动装卸料及 去除飞边装置等亦需进一步加强和配置；为满足不同形态和尺寸工件的 FW 焊接需求，FW 设备需 要进一步向大型化和微型化发展，以拓展可焊工件尺寸范围。 （3）数值分析、模拟是对 FW 过程的接头温度场、塑性变形和应力场进行深入研究的有效方 法。对 FW 全过程进行建模和模拟是重要研究方向，可为 FW 工艺参数选择和优化提供更有力支撑。 基于流体力学的欧拉方法或基于粒子的无网格方法可能是建立 FW 全过程模型构建的有效手段。 （4）FW 可有效连接组织性能差异较大的异种金属、非金属材料。如何获得性能优异的接头， 降低 IMC 的影响，是 FW 工艺面临的新挑战。结合中间层过渡、焊前预加热、焊后热处理、施加外 部电流等工艺的 FW 方法，是获得性能良好的异种材料 FW 接头的切入点，尝试与其他焊接方法的 融合与创新，在 FW 过程中引入新的工艺手段，是提升异种材料 FW 接头性能的潜在方向。 随着对 FW 连接工件的材料类型愈来愈多（如耐高温、抗腐蚀的镍基高温合金等新型材料）及 对接头性能的要求越来越高、焊接工件的尺寸越来越多样化（如飞机、船舶中的大型工件，非金属 、 精密仪器中的小型工件），仍需要对新的 FW 技术、设备和工艺等进行不断探索，寻找解决方案， 开展更深入研究，拓展应用领域。此外，FW 接头的接合机理涉及摩擦学、弹塑性力学和热力学等 相关理论，某些合金组合无法实现有效焊接等难题，也有待进一步揭示和解决，以形成新的、更成 熟的理论体系，如摩擦焊热源演变规律、接头成形机制等。 录用稿件，非最终出版稿