谈搅拌摩擦焊技术研究与应用.docx

谈搅拌摩擦焊技术研究与应用搅拌摩擦焊技术即FrictionStirWelding简称FSW。其作为固态连接技术范畴内的新型焊接技术自CJ?Dawes等科学家正式宣布发明之后以其较好的使用性能很快被推广开并应用于各个方面特别是在一些重工业例如核电核能、航空航天、车辆船舶等。由于搅拌摩擦焊接技术本身的发展需要加之其独特性与不可替代性都将会是未来焊接技术发展必然方向之一。本文概述搅拌摩擦焊技术相关概念同时介绍焊接技术在国内外的发展趋势还较为详细地分析了该技术在航天、船舶、道路交通之中的应用为提高并强化搅拌摩擦焊技术的理论基础尽一份小小的薄力促进搅拌摩擦焊技术的发展。一、搅拌摩擦焊技术概述1.搅拌摩擦焊技术简介及原理作为新技术的搅拌摩擦焊(该项专利技术由TheWeldingInstitute即英国焊接研究所开发开发时间1991年)与常规摩擦焊相比虽然焊接热源同是利用摩擦热产生但是其最大的不同之处就在于利用高速旋转搅拌头缓慢插入到被焊工件的待焊部位利用搅拌头和被焊材料之间的摩擦阻力而产生的摩擦热高温软化连接部位材料并在搅拌头轴肩的压力作用下达到工件间永久性连接的目的。该技术是以固相连接工艺实现的焊接技术。2.搅拌摩擦焊技术优点与传统焊接方法相比搅拌摩擦焊技术具有以下几个优点。一是焊前不需进行复杂的准备被焊材料不熔化焊接接头性能优良固相连接接头强度高可实现全方位焊接;二是焊接过程可靠性高尺寸精度高生产率高成本低且节能;三是具有广泛的工艺适应性能有效减小或消除冶金化学反应问题能焊接性能差异很大的异种金属材料亦可焊接同一台设备的金属和非金属材料;四是安全环保焊接过程整洁不会产生飞溅、辐射的情况或产生有害物质。二、搅拌摩擦焊技术研究现状1.国外研究现状在国外搅拌摩擦焊接技术的发展已是十分成熟理论体系也较为系统。但目前的搅拌摩擦焊的研究和应用主要还是铝合金、钢材等高熔点材料。而最早提出的英国焊接研究所早已在世界各国申请专利寻求知识产权的保护并向世界许多机械行业的科研院、大学或公司授权搅拌摩擦焊接技术的非独占性专利许可。各国研究人员在此基础上又加快了设备的研制和材料搅拌摩擦焊接的工程化实验技术以及多样化焊接接头形式的研究。例如美国航空航天局的Delta系列火箭与Eclipse小型商务机以及阿里亚娜火箭发动机、日本新干线等等。而在挪威已用该技术焊接快艇的长为20m的铝合金结构件;美国洛克希德-马丁航空航天公司用该技术焊接了航天飞机外部储存液态氧的低温容器在马歇尔航天飞行中心也已用该技术焊接了大型圆筒形容器。2.国内研究现状早在1998年我国就已展开了搅拌摩擦焊技术的研究并在1999年的第九届全国焊接学术会议上以及2001年出版的新版《焊接手册》中介绍了该项技术。此后由关桥院士主持在航天系统开展搅拌摩擦焊技术的研究和应用;2002年4月份“中国搅拌摩擦焊接中心”在北京饭店成立被英国焊接研究所授予独家许可权即拥有发放和管理中国区域的搅拌摩擦焊接技术的专利许可。直至今日研究搅拌摩擦焊接技术与设备的学院、研究所已达到20几家单位其中包括有清华大学、南昌航空工业学院、哈尔滨理工大学、中科院沈阳金属所等。历经几十年的发展该技术在国内已经具备了从工艺、设备、控制、检验等整套完备的专业技术规模并且在基础理论研究上也形成了一定的独立体系。我国科技工作者高度重视除了对搅拌摩擦焊的机理、力学性能、搅拌头等展开深入研究外还先后开展了对铝合金紫铜、PVC塑料、钛合金、镁合金等材料搅拌摩擦焊工艺的研究。三、搅拌摩擦焊技术应用现状1.航空应用在航空领域中自1995年美国、日本、英国等发达国家开展了对FSW在航天工业中的应用性研究后便开始一系列的研究与应用。例如飞机制造零部件的装配一改传统的铆接和螺栓连接技术采用FSW不仅可提高制造速度同时又能减轻飞机结构重量。而目前波音公司已经成功实现了飞机门的曲线FSW焊接战斗机裙翼上薄板T形接头的搅拌摩擦焊连接并用FSW焊接生产了DeltaⅡ和Ⅲ运载火箭的贮箱等等。巴西航空工业公司采用了FSW技术为莱格赛500喷气公务机实现了首次应用。FSW技术的出现为航空航天工业设计和制造提供了一种新的方法和途径并逐步投入到实际生产过程中。2.船舶应用在船舶工业中FSW的应用主要是船舶甲板、侧板以及水上观测站、防水壁板、船体外壳、主体结构件等的制造还有直升机降落平台、海洋运输结构件等。此技术的应用特别是在船舶轻合金预成形结构件上的应用不仅能减少铆接和弧焊连接所带来的时间、人力和物力上的浪费还能有效地减少铝合金