任朝晖， 张 岩， 鞠建忠， 张 璐

(东北大学 机械工程及自动化学院， 辽宁 沈阳 110819)

摩擦堆焊(friction surfacing, FS)是适应新材料的应用和制造技术的发展而出现的一种先进绿色焊接技术，在受损件的局部修复、表面改进等方面得到广泛应用.钛合金强度高、导热系数小，当轴向压力不稳定时，容易产生焊敷层不连续、厚度较薄或结合强度不足等问题[1].在对钛合金的FS中，由于高转速和大顶锻力的存在，工艺装置(包括摩擦生热的动力装置、工装夹具和支撑装置等)结构庞大，难以较好实现运动结构的轻量化和运动敏捷性，同时也限制了焊接速度的提高.

针对以上问题及目前工艺方法存在的不足，对传统FS工艺进行改进和优化显得十分必要.超声波作为一种绿色能源，具有频率高、声能集中和传播方向性强等优点，超声振动的声学软化效应能够降低塑性变形过程中金属材料的屈服应力和流变应力[2].基于以上思路，提出了一种通过在耗材棒前端使用超声振动工具头将超声波振动能量直接施加到FS基板中的方法，称之为超声振动辅助摩擦堆焊(ultrasonic vibration assisted friction surfacing, UVAFS).利用超声振动的声学软化效应来降低材料的流变应力和屈服应力，提高塑性金属的流动性，解决传统摩擦堆焊在焊接高强度钛合金时需要高转速、高轴向压力的问题，同时也增加了工艺参数的数量.

近年来，国内外学者对于摩擦堆焊技术的研究主要集中于工艺过程本身，目前仍缺少关于焊接过程中的产热……