物理知識(shí)應(yīng)用：慣性摩擦焊機(jī)

慣性摩擦焊機(jī)，是一種利用飛輪儲(chǔ)存的旋轉(zhuǎn)動(dòng)能實(shí)現(xiàn)的一種旋轉(zhuǎn)摩擦焊，是20世紀(jì)60年代初由卡特彼勒公司發(fā)明的，通過(guò)在待焊材料之間摩擦，產(chǎn)生熱量，在頂鍛力的作用下材料發(fā)生塑性變形與流動(dòng)，進(jìn)而連接母材。

運(yùn)用該技術(shù)焊接的工作過(guò)程是：將一側(cè)的待焊零件與慣性飛輪一同固定在設(shè)備的旋轉(zhuǎn)端，另一側(cè)的零件則被固定在移動(dòng)端。焊接開(kāi)始前，旋轉(zhuǎn)端與移動(dòng)端的零件相互分開(kāi)，電機(jī)驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)端一側(cè)加速旋轉(zhuǎn)。當(dāng)轉(zhuǎn)速升至設(shè)定值時(shí)，離合器使電機(jī)與旋轉(zhuǎn)端分開(kāi)，旋轉(zhuǎn)端憑借飛輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量繼續(xù)旋轉(zhuǎn)。此時(shí)移動(dòng)端零件被推向旋轉(zhuǎn)端，兩者接觸后受頂鍛力的作用開(kāi)始摩擦生熱，直至接觸面上的材料處于黏塑性狀態(tài)。生熱的同時(shí)，兩側(cè)零件接觸面上的雜質(zhì)也被磨去，因此焊后不會(huì)產(chǎn)生氣孔、夾雜等焊接缺陷。當(dāng)接觸面的溫度升至制高點(diǎn)且達(dá)到焊接所需，此時(shí)移動(dòng)端受到更大的頂鍛力使兩側(cè)接觸面相互擠壓。在擠壓過(guò)程中，旋轉(zhuǎn)端很快停止旋轉(zhuǎn)，此時(shí)兩側(cè)零件緊密接觸，材料分子相互擴(kuò)散并結(jié)合成一體，完成焊接。在頂鍛過(guò)程中，受到高溫影響，微觀組織發(fā)生改變的材料被擠出，形成所謂的飛邊。


慣性摩擦焊的焊接用時(shí)短、效率高，適合大批量零件的焊接，而且焊接過(guò)程不產(chǎn)生有害煙霧及高亮度弧光，對(duì)環(huán)境及操作者不易產(chǎn)生危害。由于焊接時(shí)整個(gè)焊接面幾乎同時(shí)摩擦、同時(shí)加熱、同時(shí)焊接，焊接接頭收縮量及殘余應(yīng)力分布較為均勻，焊接接頭質(zhì)量較高。

由于使用慣性摩擦焊時(shí)，一側(cè)零件旋轉(zhuǎn)，另一側(cè)零件不旋轉(zhuǎn)，所以該技術(shù)通常只用于旋轉(zhuǎn)件（如航空發(fā)動(dòng)機(jī)的盤軸、石油鉆桿等）的焊接。通用動(dòng)力、普惠和羅羅公司作為世界航空發(fā)動(dòng)機(jī)領(lǐng)域的三大公司，均使用慣性摩擦焊技術(shù)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)壓氣機(jī)盤進(jìn)行焊接。我國(guó)航空發(fā)動(dòng)機(jī)領(lǐng)域也正逐步使用此項(xiàng)技術(shù)，以替代

傳統(tǒng)的螺栓連接來(lái)制造新型航空發(fā)動(dòng)機(jī)壓氣機(jī)組件。

相關(guān)物理知識(shí)
慣性：旋轉(zhuǎn)端離開(kāi)電機(jī)后憑借飛輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣性還能繼續(xù)旋轉(zhuǎn)。
摩擦生熱：通過(guò)做功改變焊件的內(nèi)能，使焊件的內(nèi)能增大，溫度升高。

力的作用效果：力能改變物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。當(dāng)接觸面的溫度升至制高點(diǎn)且達(dá)到焊接所需，此時(shí)移動(dòng)端受到更大的頂鍛力使兩側(cè)接觸面相互擠壓。在擠壓過(guò)程中，旋轉(zhuǎn)端很快停止旋轉(zhuǎn)。