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航天航天-搅拌摩擦焊应用宇航材料焊接技术

发布时间:2019-12-12浏览次数:10

航天工程是一项系统工程,是人类智慧的结晶,也是新材料和新型制造技术的前沿阵地,在众多宇航制造技术中,连接技术一直是宇航结构件的主要制造技术之一,迄今为止,主要的宇航连接技术有7 种,它们分别是:胶接、弧钎焊、电子束焊、搅拌摩擦焊、摩擦塞焊、激光焊。搅拌摩擦焊在美国和欧洲宇航工业中的成功应用预示着搅拌摩擦焊在宇航领域具有巨大的潜在应用背景和前景,搅拌摩擦焊为宇航制造业中轻合金的低成本、高效率和高质量的连接提供了有效的途径。因此,搅拌摩擦焊被业界公认为最有前途和最适合宇航材料连接的工艺技术之一。

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搅拌摩擦焊的前世今生

1991年英国焊接研究所(TWI-The Welding Institute, Cambridge, UK)针对焊接性差的轻质有色金属开发出了搅拌摩擦焊(Friction Stir Welding,简称FSW)。

1996年波音公司投资1500万美元用于搅拌摩擦焊的研究开发及搅拌摩擦焊设备的设计与制造。

1997年波音公司和英国焊接研究所合作对运载火箭上使用的材料和筒形结构进行了系统的搅拌摩擦焊方法及技术研究。

波音公司首先将搅拌摩擦焊应用在Delta II 型运载火箭的中间舱段的连接制造,并于1999年8月成功发射升空。

欧洲Fokker宇航公司生产的Ariane 5号发动机承力框架的焊接采用搅拌摩擦焊技术。

……

搅拌摩擦焊在中国的那些事

2002年北京航空制造工程研究所取得TWI公司的搅拌摩擦焊技术专利许可,与TWI合作成立了中国搅拌摩擦焊中心,至此,意味着搅拌摩擦焊技术正式登陆中国大地,并且开启了搅拌摩擦焊技术在中国市场的腾飞和发展的大门。

2002年9月,北京航空制造工程研究所注册成立中国首家专业化的搅拌摩擦焊技术公司——北京赛福斯特技术有限公司。

何为搅拌摩擦焊?

搅拌摩擦焊是利用一种特殊搅拌头,旋转压入被焊工件的界面,搅拌头和被焊工件的摩擦使搅拌头附件区域温度升高,使得金属热塑化,当搅拌头沿着焊接界面向前移动时,在搅拌头高速旋转及挤压下,塑化的金属向搅拌头运动的反方向过渡,在热-机联合作用下,扩散连接形成致密的固相连接。

搅拌摩擦焊有何优势?

1)铝合金由于质轻通常被用作航空结构件,但由于其焊接性差,任何熔焊都不能从根本上解决气孔、热裂纹等缺陷,搅拌摩擦焊的发明彻底解决了这一系列铝合金焊接问题,传统的熔焊或激光焊、电子束焊等特种焊接都无法解决此类问题。

2)搅拌摩擦焊可以提升产品质量和性能传统的熔焊方法得到的焊接接头通常为铸态组织,搅拌摩擦焊接头为致密的锻造组织,搅拌摩擦焊接头性能普遍优于熔焊接头,而且焊接变形小,因而可以提高产品的质量和性能。

3)搅拌摩擦焊可以降低产品成本、 提高生产效率 搅拌摩擦焊不需要填丝和保护气,焊接过程无弧光辐射、无烟雾,是真正的绿色制造技术,在批量化产品制造中可以节省焊接成本和费用;同时搅拌摩擦焊是基于标准化机床设备的焊接技术,焊接过程不需要人工参与,生产效率高,焊接质量稳定性好。

3)搅拌摩擦焊为工业产品的设计提供了新的思路和途径由于搅拌摩擦焊本质上是固相连接技术,不仅可以实现同种材料的连接,也可以实现异种材料的焊接,如铝-镁、铝-铜、铝-钢等异种材料,甚至可以将不同状态(如铸态、锻态、挤压等)的材料焊接在一起。

4)与旋转摩擦焊、惯性摩擦焊、线性摩擦焊相比,搅拌摩擦焊不受轴类零件的限制,可用于板结构的焊接,更加适用航天结构件的焊接。

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总之,相比熔焊和普通摩擦焊,搅拌摩擦焊具有特殊优势,且易于实现工程化、工业自动化,属于绿色制造且质量稳定可靠性好。又加之,近些年来计算机技术的高速发展,工业机器人的大量研发,机器人搅拌摩擦焊的出现为宇航制造业带来了革命性的技术。基于搅拌摩擦焊的这些优势,因此,搅拌摩擦焊自1991年发明至今,在工业界得到了快速的发展和大规模的推广和应用。

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