航空发动机的发展水平制约先进航空飞机的性能,涡轮盘作为关键的热端部件,其性能对减轻发动机结构重量,提高推重比方面具有重要影响。高性能发动机涡轮盘多采用FGH96和GH4169高温合金制造,各级盘之间通常采取焊接方式连接,然而高温合金的化学成分比较复杂,焊接温度变化对组织影响较大,惯性摩擦焊凭借其优良的特色优势成为涡轮盘连接最主要的方式。传统的焊接工艺研究多采用“试错法”,试验过程需要严格控制变量,费时费力。因此,工艺试验研发具有周期冗长、成本高且盲目性大等缺点。然而,数值模拟技术在材料加工领域的应用很好的规避了上述缺点。本文基于弹塑性有限元理论,建立三维双塑性体惯性摩擦焊热-力耦合有限元模型,模型两侧工件均为弹塑性体,采用应变补偿的Arrhenius本构方程和与温度相关的热物性系数。在靠近摩擦界面附近区域使用网格自适应技术解决大变形导致的网格畸变问题,通过与试验工件形貌对比等方式验证模型的可靠性。研究了FGH96/FGH96同质和FGH96/GH4169异质高温合金管惯性摩擦焊过程中瞬态温度场分布、应力场和应变场演变过程,以及改变单一工艺参数对接头温度场、飞边形貌和轴向缩短量的影响。FGH96/FGH96高温合金管惯性摩擦焊过程中峰值温度可达1335 oC,摩擦界面中心处加热速率最大,轴向温度梯度较大。在焊接过程中,工件两侧应力呈对称分布,界面附近等效应力为100～200 MPa。增加顶锻压力、初始转速和转动惯量均能增大轴向缩短量。增大压力能缩短摩擦时间,增加飞卷曲程度,滑移侧定点应力曲线也随之增大,旋转侧定点应力曲线变化不明显;提高初始转速可以增加焊接过程中高温持续时间和峰值温度,保压冷却过程中,定点压力曲线呈“高转速、低应力”的规律;增加转动惯量可以提高焊接热输入,延长高温持续时间,定点压力曲线呈“高惯量、低应力”。在FGH96/GH4169高温合金管接过程中,界面峰值温度达1302 oC。GH4169侧热流密度较FGH96侧大,工件两侧变形差异较大,GH4169合金飞边挤出量较多,且塑性应变距离可达5 mm的范围。滑移侧内环压力可达500 MPa,内外表面存在不同的应力状态。焊接过程中,焊缝附近等效应力103～207 MPa,且GH4169侧低应力区域更大,保压冷却过程温度降低,等效应力回升。GH4169侧接头飞边形貌和轴向缩短量随焊接参数改变而变化较大,FGH96侧合金由于更高的高温屈服强度,在低于300 MPa顶锻压力下,接头形貌和缩短量变化不明显。