线性摩擦焊是将两个待焊件表面相互接触并加以一顶的压力,同时使两接触面以一定频率和振幅显直线往复运动产生摩擦热实现的焊接。它与旋转摩擦焊和搅拌摩擦焊在运动方式上是不同的,它适应材料的形状也多样化,不但能焊圆柱截面和管截面的工件,还可以焊接方形、圆形、多边形截面的金属和塑料。它的基本过程是这样的:摩擦副中的一个工件被夹具固定,另一个工件与之相对作直线往复运动,在轴向送进机构的推动下,使两个带焊表面接触并相互摩擦。随着摩擦运动和轴向推进,摩擦表面产生摩擦热,表面金属逐渐达到粘塑性状态,在轴向压力的作用下产生变形并被挤出,最后停止往复运动并施加顶锻力,完成焊接。

线性摩擦焊适合焊接的材料有:常规结构钢、不锈钢、钛合金(TC4、TC6、TC11、TC17)、高温合金材料、金属间化合物材料、金属基复合材料、单晶合金等、塑料等非金属材料,焊接接头综合力学性能良好,接头的强度、韧度、疲劳等性能与母材相当。

在20世纪80年代后期,德国与英国的合作公司成功将线性摩擦焊用于航空发动机钛合金整体叶盘的制造。由于线性摩擦焊在整体叶盘制造领域具有优势,近年来在航空发动机领域得到了极大的关注,发展迅速。GE(通用电气公司)、R&R(英国航空发动机公司)、P&W(美国惠特尼集团公司)、MTU(德国航空发动机公司)等公司先后开展研究并研制出多种型号的发动机整体叶盘。这种焊接方法的优点是:起焊接接头强度和疲劳寿命可以达到甚至超过母材的强度和寿命;可以实现空心叶片整体叶盘制造,实现结构减重;与整体锻坯和机械加工制造整体叶盘比较,线性摩擦焊可节省金属材料88%,并大大减少工时;采用摩擦线制造的的整体叶盘的可维修性好;他可以实现双合金双性能整体叶盘的焊接,进一步改善整体叶盘的使用性能,同时还可再次降低转子的重。

目前航发的主要材料为各种航空用钛合金,在采用行星摩擦焊时,工艺处理不当也会出现焊接缺陷,主要有:焊缝边缘及拐角处未熔合,这种缺陷产生的原因主要是摩擦表面摩擦热不均匀和散热条件不同所致。存在未熔合缺陷时,往往在缺陷附近存在夹渣,这是摩擦过程中氧化物未被充分挤出所致。预防措施有:首先要设计合理的焊接截面,尽量增大过渡区域的曲率半径,使截面变化平缓;其次是要优化焊接工艺参数,合理匹配振幅、频率、摩擦压力等工艺参数。

另外还有可能出现焊接裂纹,一般发生在室温塑性较低的钛铝金属间化合物以及普通钛合金之间的焊接,塑性好的钛合金线性摩擦焊一般不会出现焊接裂纹。线性摩擦焊产生于摩擦级段和冷却级段,它与熔焊焊不同,焊接过程中接头区域承受很大的摩擦力、顶锻压力和剪切力,摩擦面附近的材料在摩擦热和力的作用下发生塑性变形,跃进摩擦面,材料的温度愈高,塑性变形能力越强,塑性变形量越大。由于线性摩擦焊是摩擦面相对快速振动和塑性金属快速挤出的过程,当接头某区域塑性变形能力不能满足这种变形要求时,就出现了焊接裂纹,常出现接头碎裂或掉块现象。在冷却阶段,如果材料塑性不足,在热应力作用下也容易出现裂纹,严重时接头会自动断开作用下。目前基本掌握了这项技术,在航空及其它领域逐步得到广泛的应用。