摩擦压力和往复运动频率是焊接热输入的主要影响因素。当摩擦压力和往复运动频率增加时，焊接热量输入也随之显著增加。
normal align=center>图1 试件剖面示意图
normal style="TEXT-INDENT: 21pt; mso-char-indent-count: 2.0; mso-char-indent-size: 10.5pt">由于材料变形的局部性和不均匀性，压力过大则会影响试件往复运动的稳定性，同时也会增加塑性金属的流出量，使飞边增大，因此，不能采用太大的压力值。在保证运动平稳的条件下，提高往复运动的频率是增加热输入和提高焊缝质量最有效的方法。
normal style="TEXT-INDENT: 21pt; mso-char-indent-count: 2.0; mso-char-indent-size: 10.5pt">摩擦时间也是线性摩擦焊接过程中的一个重要参数，但延长摩擦时间不是增加热量输入的最有效方法。因为热传导、对流及高温塑性金属的挤出等因素的存在，使得焊接过程中存在一热输入热输出的平衡点。在热平衡之前，增加摩擦时间对增加热输入有效，而在热平衡点之后，增加摩擦时间对热输入作用不大。
normal style="TEXT-INDENT: 21pt; mso-char-indent-count: 2.0; mso-char-indent-size: 10.5pt">顶锻是摩擦焊接的最后一个环节，顶锻力也是影响焊缝成型的重要因素。在摩擦过程中，金属摩擦副之间形成一层高温粘塑性层，它是摩擦表面的“粘结”介质[2]，通过顶锻使金属摩擦副牢固结合。若顶锻力过大，使粘结介质大量被挤出，焊接效果反而下降。
2.2 焊缝成型与飞边的形成
normal style="TEXT-INDENT: 26.25pt; mso-char-indent-count: 2.5; mso-char-indent-size: 10.5pt">摩擦界面横截面和纵截面的形状分别如图2 (a)、(b)所示，图3是部分放大的纵向飞边。
(a)摩擦界面横截面的形貌
(b) 摩擦界面纵截面的形貌
normal style="TEXT-ALIGN: center" align=center>图2 TC4摩擦焊焊缝形状
normal style="TEXT-ALIGN: center" align=center>图3 部分放大的飞边
normal style="TEXT-INDENT: 31.5pt; mso-char-indent-count: 3.0; mso-char-indent-size: 10.5pt">从图2(a)和(b)可以看出，截面上的焊缝成型均匀一致，没有裂纹和未焊合缺陷。但无论横截面还是纵截面，其边缘均有明显的变形，并产生飞边,且飞边大小不同，横向飞边比纵向飞边小。从部分放大的纵向飞边图3可以看出，飞边氧化后呈彩色，并有明显的横向条纹。
normal style="TEXT-INDENT: 26.25pt; mso-char-indent-count: 2.5; mso-char-indent-size: 10.5pt">飞边的形成主要受摩擦面温度场和粘塑性应变两个因素的影响[3]，在摩擦初始阶段摩擦表面的微凸体发生粘着、剪切，产生摩擦热，表面局部的温度开始升高；随着摩擦的进行，摩擦面达到一定温度时就形成一层高温塑性金属[2]。由于温度场分布不均匀，塑性层厚度不均匀，相对而言，摩擦面内部较厚，而边缘较薄(边缘热散失的缘故)。在摩擦压力和试件往复运动的作用下，部分塑性金属被推出摩擦面。在平行试件运动的方向，有类似于机械加工中的“刨削”作用。由于往复运动周期进行，纵向飞边不断向前推进，并呈现明显的横向条纹。随着摩擦的继续进行，温度进一步升高，塑性层的厚度也增加，在摩擦压力的作用下，横向边缘的部分塑性金属则沿横向被挤出，形成横向(垂直试件运动方向)飞边。无论是被纵向挤出的塑性金属或是被横向挤出的塑性金属，由于被挤出摩擦面时温度较高，而钛在600℃时可以与氧发生强烈作用，因而飞边被氧化变色。
2.3 接头的微观组织
图4为钛合金TC4线性摩擦焊界面纵向截面的低倍放大图。从图可以看出，焊合界面附近有不同程度的变形，按照其变形程度，可以分为完全变形区、部分变形区和未变形区。完全变形区和部分变形区在光学显微镜下的微观组织结构分别如图5和图6所示，母材的微观组织如图7所示。
normal style="TEXT-INDENT: 21pt; mso-char-indent-count: 2.0; mso-char-indent-size: 10.5pt">从图4、图5、图6和图7可以看出：
normal style="TEXT-INDENT: 21pt; mso-char-indent-count: 2.0; mso-char-indent-size: 10.5pt">完全变形区的晶粒细小且明显被拉长，这说明TC4钛合金在线性摩擦焊接过程中，不仅有塑性流动的过程，而且存在动态恢复和再结晶的过程。
图4 摩擦焊界面纵向截面的低倍放大图
图5 完全变形区组织
normal style="TEXT-INDENT: 21pt; mso-char-indent-count: 2.0; mso-char-indent-size: 10.5pt">部分变形区的微观组织也有塑性流动趋势，晶粒比完全变形区粗大，但仍比母材的晶粒细小；未变形区微观组织与母材类似，不存在塑性流动的趋势。在部分变形区和未变形区之间有明显的界线。
normal style="TEXT-INDENT: 21pt; TEXT-ALIGN: left; mso-char-indent-count: 2.0; mso-char-indent-size: 10.5pt" align=left>由于TC4钛合金热传导率较低，室温下的热传导率约为7W/m·k，即使在1000℃下其热传导率也只有20 W/m·k。因此，部分变形区的温度较低，这
造成该区塑性变形的难度增大；又由于TC4钛合金的屈服应力在低温下较高而在800℃以上迅速降低，从而该区和未变形区之间产生了明显界线。
图6 部分变形区组织
图7母材组织
normal style="TEXT-ALIGN: left" align=left>3结论
normal style="TEXT-ALIGN: left" align=left>
normal style="TEXT-INDENT: 21pt; mso-char-indent-count: 2.0; mso-char-indent-size: 10.5pt">(1)利用线性摩擦焊方法成功地实现了钛合金TC4的焊接,获得了高质量的焊接接头。
normal style="TEXT-INDENT: 21pt; mso-char-indent-count: 2.0; mso-char-indent-size: 10.5pt">(2)在线性摩擦过程中，摩擦压力、振动频率、摩擦时间和顶锻压力对焊接质量均有重要影响；在一定的范围内,提高振动频率是增加热量输入和提高接头质量的有效途径。
normal style="TEXT-INDENT: 21pt; mso-char-indent-count: 2.0; mso-char-indent-size: 10.5pt">(3)线性摩擦焊的飞边独特。由于往复运动、正压力和摩擦力的共同作用，使纵向飞边和横向飞边上均呈现有清晰的横向条纹。
normal style="TEXT-INDENT: 21pt; mso-char-indent-count: 2.0; mso-char-indent-size: 10.5pt">(4)钛合金TC4线性摩擦焊焊合界面附近有不同程度的变形，按照其变形程度，可以分为完全变形区、部分变形区和未变形区。完全变形区微观组织细小致密，有明显的塑性流动趋势。部分变形区的微观组织也有塑性流动趋势，晶粒比完全变形区粗大，但仍比母材的晶粒细小；未变形区微观组织与母材类似，不存在塑性流动的趋势。在部分变形区和未变形区之间有明显的界线
