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            航天航天-攪拌摩擦焊應用宇航材料焊接技術

            發布時間:2019-12-12瀏覽次數:329

            航天工程是一項系統工程,是人類智慧的結晶,也是新材料和新型制造技術的前沿陣地,在眾多宇航制造技術中,連接技術一直是宇航結構件的主要制造技術之一,迄今為止,主要的宇航連接技術有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。攪拌摩擦焊在美國和歐洲宇航工業中的成功應用預示著攪拌摩擦焊在宇航領域具有巨大的潛在應用背景和前景,攪拌摩擦焊為宇航制造業中輕合金的低成本、高效率和高質量的連接提供了有效的途徑。因此,攪拌摩擦焊被業界公認為最有前途和最適合宇航材料連接的工藝技術之一。

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            攪拌摩擦焊的前世今生

            1991年英國焊接研究所(TWI-The Welding Institute, Cambridge, UK)針對焊接性差的輕質有色金屬開發出了攪拌摩擦焊(Friction Stir Welding,簡稱FSW)。

            1996年波音公司投資1500萬美元用于攪拌摩擦焊的研究開發及攪拌摩擦焊設備的設計與制造。

            1997年波音公司和英國焊接研究所合作對運載火箭上使用的材料和筒形結構進行了系統的攪拌摩擦焊方法及技術研究。

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

            歐洲Fokker宇航公司生產的Ariane 5號發動機承力框架的焊接采用攪拌摩擦焊技術。

            ……

            攪拌摩擦焊在中國的那些事

            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專利許可,與TWI合作成立了中國攪拌摩擦焊中心,至此,意味著攪拌摩擦焊技術正式登陸中國大地,并且開啟了攪拌摩擦焊技術在中國市場的騰飛和發展的大門。

            2002年9月,北京航空制造工程研究所注冊成立中國首家專業化的攪拌摩擦焊技術公司——北京賽福斯特技術有限公司。

            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域溫度升高,使得金屬熱塑化,當攪拌頭沿著焊接界面向前移動時,在攪拌頭高速旋轉及擠壓下,塑化的金屬向攪拌頭運動的反方向過渡,在熱-機聯合作用下,擴散連接形成致密的固相連接。

            攪拌摩擦焊有何優勢?

            1)鋁合金由于質輕通常被用作航空結構件,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,攪拌摩擦焊的發明徹底解決了這一系列鋁合金焊接問題,傳統的熔焊或激光焊、電子束焊等特種焊接都無法解決此類問題。

            2)攪拌摩擦焊可以提升產品質量和性能傳統的熔焊方法得到的焊接接頭通常為鑄態組織,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于熔焊接頭,而且焊接變形小,因而可以提高產品的質量和性能。

            3)攪拌摩擦焊可以降低產品成本、 提高生產效率 攪拌摩擦焊不需要填絲和保護氣,焊接過程無弧光輻射、無煙霧,是真正的綠色制造技術,在批量化產品制造中可以節省焊接成本和費用;同時攪拌摩擦焊是基于標準化機床設備的焊接技術,焊接過程不需要人工參與,生產效率高,焊接質量穩定性好。

            3)攪拌摩擦焊為工業產品的設計提供了新的思路和途徑由于攪拌摩擦焊本質上是固相連接技術,不僅可以實現同種材料的連接,也可以實現異種材料的焊接,如鋁-鎂、鋁-銅、鋁-鋼等異種材料,甚至可以將不同狀態(如鑄態、鍛態、擠壓等)的材料焊接在一起。

            4)與旋轉摩擦焊、慣性摩擦焊、線性摩擦焊相比,攪拌摩擦焊不受軸類零件的限制,可用于板結構的焊接,更加適用航天結構件的焊接。

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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勢,且易于實現工程化、工業自動化,屬于綠色制造且質量穩定可靠性好。又加之,近些年來計算機技術的高速發展,工業機器人的大量研發,機器人攪拌摩擦焊的出現為宇航制造業帶來了革命性的技術?;跀嚢枘Σ梁傅倪@些優勢,因此,攪拌摩擦焊自1991年發明至今,在工業界得到了快速的發展和大規模的推廣和應用。

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