径向摩擦焊在管道及兵工行业具有广阔应用前景，其在高温高压高速下的热-力耦合过程是径向摩擦焊接头性能控制的基础，本课题对径向摩擦焊接过程中热-力耦合机制进行了数理分析。. 自主设计开发了80T连续驱动径向摩擦焊机和130T轴/径向惯性摩擦焊机，以37CrMnMo钢管和45钢为径向环的径向摩擦工艺实验表明，得到性能高于径向环母材、无缺陷的接头，且接头未出现软化区。惯性径向摩擦焊飞轮初始转速为530-560rpm时，接头成形美观，飞边均匀。基于半自然热电偶测温结果表明，摩擦界面峰值温度达到1115℃。. 分别采用库伦模型和Johnson-Cook本构方程描述焊接过程中摩擦行为和材料力学性能变化，应用Mesh to Mesh网格重划分技术解决了摩擦焊接飞边挤出时的大变形问题，径向摩擦焊接温度场的计算结果表明，界面中心点温度在一级摩擦阶段迅速升高，二级摩擦阶段稳定在1300℃左右，顶锻阶段迅速下降到1120℃。基于ANSYS有限元软件数理分析了径向摩擦焊接产热过程，并合理处理了飞边挤出带走热量。结果表明，在一级摩擦阶段，产热功率先迅速上升，达到峰值后迅速下降；在二级摩擦阶段，产热功率缓慢下降，材料挤出对产热影响较小，但会带走大量热量。在顶锻阶段，产热功率迅速下降至0。摩擦压力和转速只影响峰值功率，而对稳定产热功率影响较小，这个结论为设备能否完成摩擦焊接提供有力判据。采用DEFORM有限元软件研究了径向摩擦焊接塑性流变场和等效应力场，径向环中的等效应力表征材料变形抗力。在初始阶段摩擦，径向环温度较低，处于弹性变形阶段，达到塑性状态的材料较少，材料变形抗力较大，界面材料塑性流动速度低，为滑动摩擦。随着焊接进行，界面温度不断升高，达到塑性状态的材料越来越多，变形抗力降低，等效应力迅速减小；在摩擦力驱动下发生塑性流动。焊接过程中，周向流动速度比较稳定，钢管外缘材料运动速度为2480 mm/s，远大于径向环摩擦界面上20mm/s的材料流动速度，表明摩擦界面上材料的迁移速度较慢，产热以滑动产热为主。摩擦界面温度稳定后，径向环中等效应力维持在150MPa左右。. 研究结果初步揭示了径向摩擦焊接过程中热-力-材料耦合机理，为径向摩擦焊接工艺的制订与优化及设备开发奠定理论基础，将促进径向摩擦焊接技术在我国油气输运和兵工行业的推广和应用。