物理知識應(yīng)用：慣性摩擦焊機(jī)

慣性摩擦焊機(jī)，是一種利用飛輪儲存的旋轉(zhuǎn)動能實現(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，進(jìn)而連接母材。

運用該技術(shù)焊接的工作過程是：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端。焊接開始前，旋轉(zhuǎn)端與移動端的零件相互分開，電機(jī)驅(qū)動旋轉(zhuǎn)端一側(cè)加速旋轉(zhuǎn)。當(dāng)轉(zhuǎn)速升至設(shè)定值時，離合器使電機(jī)與旋轉(zhuǎn)端分開，旋轉(zhuǎn)端憑借飛輪的轉(zhuǎn)動慣量繼續(xù)旋轉(zhuǎn)。此時移動端零件被推向旋轉(zhuǎn)端，兩者接觸后受頂鍛力的作用開始摩擦生熱，直至接觸面上的材料處于黏塑性狀態(tài)。生熱的同時，兩側(cè)零件接觸面上的雜質(zhì)也被磨去，因此焊后不會產(chǎn)生氣孔、夾雜等焊接缺陷。當(dāng)接觸面的溫度升至制高點且達(dá)到焊接所需，此時移動端受到更大的頂鍛力使兩側(cè)接觸面相互擠壓。在擠壓過程中，旋轉(zhuǎn)端很快停止旋轉(zhuǎn)，此時兩側(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短、效率高，適合大批量零件的焊接，而且焊接過程不產(chǎn)生有害煙霧及高亮度弧光，對環(huán)境及操作者不易產(chǎn)生危害。由于焊接時整個焊接面幾乎同時摩擦、同時加熱、同時焊接，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，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)動機(jī)的盤軸、石油鉆桿等）的焊接。通用動力、普惠和羅羅公司作為世界航空發(fā)動機(jī)領(lǐng)域的三大公司，均使用慣性摩擦焊技術(shù)對發(fā)動機(jī)壓氣機(jī)盤進(jìn)行焊接。我國航空發(fā)動機(jī)領(lǐng)域也正逐步使用此項技術(shù)，以替代

傳統(tǒng)的螺栓連接來制造新型航空發(fā)動機(jī)壓氣機(jī)組件。

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

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