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航天航天-攪拌摩擦焊應(yīng)用宇航材料焊接技術(shù)

發(fā)布時(shí)間:2019-12-12瀏覽次數(shù):407

航天工程是一項(xiàng)系統(tǒng)工程,是人類(lèi)智慧的結(jié)晶,也是新材料和新型制造技術(shù)的前沿陣地,在眾多宇航制造技術(shù)中,連接技術(shù)一直是宇航結(jié)構(gòu)件的主要制造技術(shù)之一,迄今為止,主要的宇航連接技術(shù)有7 種,它們分別是:膠接、弧釬焊、電子束焊、攪拌摩擦焊、摩擦塞焊、激光焊。攪拌摩擦焊在美國(guó)和歐洲宇航工業(yè)中的成功應(yīng)用預(yù)示著攪拌摩擦焊在宇航領(lǐng)域具有巨大的潛在應(yīng)用背景和前景,攪拌摩擦焊為宇航制造業(yè)中輕合金的低成本、高效率和高質(zhì)量的連接提供了有效的途徑。因此,攪拌摩擦焊被業(yè)界公認(rèn)為最有前途和最適合宇航材料連接的工藝技術(shù)之一。

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攪拌摩擦焊的前世今生

1991年英國(guó)焊接研究所(TWI-The Welding Institute, Cambridge, UK)針對(duì)焊接性差的輕質(zhì)有色金屬開(kāi)發(fā)出了攪拌摩擦焊(Friction Stir Welding,簡(jiǎn)稱(chēng)FSW)。

1996年波音公司投資1500萬(wàn)美元用于攪拌摩擦焊的研究開(kāi)發(fā)及攪拌摩擦焊設(shè)備的設(shè)計(jì)與制造。

1997年波音公司和英國(guó)焊接研究所合作對(duì)運(yùn)載火箭上使用的材料和筒形結(jié)構(gòu)進(jìn)行了系統(tǒng)的攪拌摩擦焊方法及技術(shù)研究。

波音公司首先將攪拌摩擦焊應(yīng)用在Delta II 型運(yùn)載火箭的中間艙段的連接制造,并于1999年8月成功發(fā)射升空。

歐洲Fokker宇航公司生產(chǎn)的Ariane 5號(hào)發(fā)動(dòng)機(jī)承力框架的焊接采用攪拌摩擦焊技術(shù)。

……

攪拌摩擦焊在中國(guó)的那些事

2002年北京航空制造工程研究所取得TWI公司的攪拌摩擦焊技術(shù)專(zhuān)利許可,與TWI合作成立了中國(guó)攪拌摩擦焊中心,至此,意味著攪拌摩擦焊技術(shù)正式登陸中國(guó)大地,并且開(kāi)啟了攪拌摩擦焊技術(shù)在中國(guó)市場(chǎng)的騰飛和發(fā)展的大門(mén)。

2002年9月,北京航空制造工程研究所注冊(cè)成立中國(guó)首家專(zhuān)業(yè)化的攪拌摩擦焊技術(shù)公司——北京賽福斯特技術(shù)有限公司。

何為攪拌摩擦焊?

攪拌摩擦焊是利用一種特殊攪拌頭,旋轉(zhuǎn)壓入被焊工件的界面,攪拌頭和被焊工件的摩擦使攪拌頭附件區(qū)域溫度升高,使得金屬熱塑化,當(dāng)攪拌頭沿著焊接界面向前移動(dòng)時(shí),在攪拌頭高速旋轉(zhuǎn)及擠壓下,塑化的金屬向攪拌頭運(yùn)動(dòng)的反方向過(guò)渡,在熱-機(jī)聯(lián)合作用下,擴(kuò)散連接形成致密的固相連接。

攪拌摩擦焊有何優(yōu)勢(shì)?

1)鋁合金由于質(zhì)輕通常被用作航空結(jié)構(gòu)件,但由于其焊接性差,任何熔焊都不能從根本上解決氣孔、熱裂紋等缺陷,攪拌摩擦焊的發(fā)明徹底解決了這一系列鋁合金焊接問(wèn)題,傳統(tǒng)的熔焊或激光焊、電子束焊等特種焊接都無(wú)法解決此類(lèi)問(wèn)題。

2)攪拌摩擦焊可以提升產(chǎn)品質(zhì)量和性能傳統(tǒng)的熔焊方法得到的焊接接頭通常為鑄態(tài)組織,攪拌摩擦焊接頭為致密的鍛造組織,攪拌摩擦焊接頭性能普遍優(yōu)于熔焊接頭,而且焊接變形小,因而可以提高產(chǎn)品的質(zhì)量和性能。

3)攪拌摩擦焊可以降低產(chǎn)品成本、 提高生產(chǎn)效率 攪拌摩擦焊不需要填絲和保護(hù)氣,焊接過(guò)程無(wú)弧光輻射、無(wú)煙霧,是真正的綠色制造技術(shù),在批量化產(chǎn)品制造中可以節(jié)省焊接成本和費(fèi)用;同時(shí)攪拌摩擦焊是基于標(biāo)準(zhǔn)化機(jī)床設(shè)備的焊接技術(shù),焊接過(guò)程不需要人工參與,生產(chǎn)效率高,焊接質(zhì)量穩(wěn)定性好。

3)攪拌摩擦焊為工業(yè)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)提供了新的思路和途徑由于攪拌摩擦焊本質(zhì)上是固相連接技術(shù),不僅可以實(shí)現(xiàn)同種材料的連接,也可以實(shí)現(xiàn)異種材料的焊接,如鋁-鎂、鋁-銅、鋁-鋼等異種材料,甚至可以將不同狀態(tài)(如鑄態(tài)、鍛態(tài)、擠壓等)的材料焊接在一起。

4)與旋轉(zhuǎn)摩擦焊、慣性摩擦焊、線(xiàn)性摩擦焊相比,攪拌摩擦焊不受軸類(lèi)零件的限制,可用于板結(jié)構(gòu)的焊接,更加適用航天結(jié)構(gòu)件的焊接。

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總之,相比熔焊和普通摩擦焊,攪拌摩擦焊具有特殊優(yōu)勢(shì),且易于實(shí)現(xiàn)工程化、工業(yè)自動(dòng)化,屬于綠色制造且質(zhì)量穩(wěn)定可靠性好。又加之,近些年來(lái)計(jì)算機(jī)技術(shù)的高速發(fā)展,工業(yè)機(jī)器人的大量研發(fā),機(jī)器人攪拌摩擦焊的出現(xiàn)為宇航制造業(yè)帶來(lái)了革命性的技術(shù)。基于攪拌摩擦焊的這些優(yōu)勢(shì),因此,攪拌摩擦焊自1991年發(fā)明至今,在工業(yè)界得到了快速的發(fā)展和大規(guī)模的推廣和應(yīng)用。

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