搅拌摩擦焊的原理工艺特点装备特点及飞机制造中的应用

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1、搅拌摩擦焊的原理、工艺特点、装备特点及飞机制造中的应用一.搅拌摩擦焊的原理搅拌摩擦焊（简称：FSW）是利用一种非损耗的特殊形状的搅拌头，旋转着插入被焊零件，然后被焊零件的待焊界面向前移动，通过搅拌头对材料的搅拌，摩擦，使待焊材料加热至热塑性状态，在搅拌头高速旋转的带动不，处于塑性状态的材料环绕搅拌头由前向后转移，同时结合搅拌头对焊缝金属的挤压作用，在热-机联合作用下材料扩散连接形成致密的金屌间固和连接。汔拌T.作头•搅拌摩擦焊原理图二.搅拌摩擦焊的工艺特点搅拌摩擦焊的原理决定了它有完全不同于传统熔焊的焊接工艺。与其它焊接方法相比，搅拌摩擦焊具有以下显著特点：1）不需要氢、氦等保护气体和填充

2、材料，节约资源。不产生弧光、烟尘、噪声以及任何有害的烟雾气体，减少了对人体危害，属于绿色环保高技术。2）焊前不需要对被焊接材料进行严格清理、打磨和加工开剖口，大大降低了劳动强度，提高了工作效率。3）依赖人的控制参数小，易于实现自动化生产,采用立式，卧式工装均可实现焊接,焊接质量的一致性高。4）可以实现传统焊接难以焊接的铝合金材料，也可以焊接异种金属。5）由于焊接温度相对较低,焊接大尺寸工件变形很小，焊接区的残余应力和残余变形也显著减少。6）焊接装配要求低,焊件结合面的装配间隙小于焊件厚度的10%吋，不会影响接头质量。FSW技术的主要工艺参数是摩擦速度及时间，关键技术问题在于特殊结构形状的搅

3、拌头。对于不同的待焊材料，接头形式，搅拌头的材料和形状及搅拌摩擦焊的工艺都应不同。一.搅拌摩擦焊的装备特点搅拌摩擦焊的搅拌头由特殊形状的搅拌指棒和轴肩组成，轴肩的直径大于搅拌指棒的直径，在焊接过程中轴肩和被焊材料的表面紧密接触，防止塑化金属材料的挤出和氧化。同吋，搅拌轴肩还可以提供部分焊接所需要的搅拌摩檫热，搅拌指棒的形状比较特殊，焊接过程屮搅拌指棒要旋转着插入被焊材料的结合界面处，并且沿着待焊界面向前移动。对于对接焊缝，搅拌指棒的插入深度一般要略小于被焊材料的厚度。搅拌摩擦焊要求的特殊形状的搅拌指棒一般要具有良好的耐高温力学和物理特性的抗磨损材料制造。对于铝合金等轻型合金材料，在焊接过程

4、中搅拌头的磨损程度很小；焊接过程中，搅拌头对焊接区域的材料具冇向下挤压的倾向，所以被焊工件要夹装背垫和夹紧固定，以便承受搅拌尖施加的轴向力、纵向力（沿着焊接方向）以及侧向力。平面曲线搅拌摩擦焊设备和对比较复杂。晋通数控铣床只要有2个坐标轴联动就可以实现平面加工，但搅拌摩擦焊必须有3个坐标轴在同一个平面内插补联动才能实现平面曲线轨迹的跟踪，同吋还要加上主轴的旋转和高度方向的调节才能实现焊接。二.搅拌摩擦焊在飞机制造中的应用飞机制造中的搅拌摩擦焊技术搅拌摩擦焊非常适合平直长焊缝的连接，具有性能稳定效率高的特点，但是为了适应不同材料和结构的需要，经过十多年的研宂开发，己经发展出具有不同特点的多种

5、搅拌摩擦焊技术，如搅拌摩擦焊环缝焊接技术、点焊技术和空间曲线技术等。针对飞机结构和特点，下面将对适合飞机制造的搅拌摩擦焊技术分别进行介绍。1平直对接搅拌摩擦焊技术普通搅拌摩檫焊一般是指能够实现平直对接焊缝的搅拌摩檫焊，这种纵缝焊接技术简单实用、搅拌工具搅拌头）简单、控制参数少，对设备的功能要求低。宽幅型材壁板搅拌摩擦焊制造，只耍焊接热板的平面度在0.2mm以内，对接间隙少于板厚度的1/10,且工件的厚度差在0.5mm以内，只需要简单平直夹具就可以实现焊接，一般适合于平板和型材的平直对接结构焊接，如在飞机制造中，飞机机身蒙皮平直结构的纵缝对接、人型飞机型材地板结构等。平直对接纵缝搅拌摩擦焊设

6、备种类很多，有针对研宂教学用的小型台式搅拌摩擦焊设备，有针对薄壁筒体结构的悬臂式搅拌摩擦焊设备，有针对航天燃料贮箱的垂直立式搅拌摩擦焊设备，以及针对高速列车车身壁板的大型龙门式搅拌摩擦焊设备。目前国内能够满足大型飞机地板结构产品制造的宽幅型材壁板搅拌摩檫焊设备能够适应多种截面结构型材产品的搅拌摩檫焊制造，焊接厚度可以达到15mm，冇效焊接长度达到18000mm,能够实现尺寸为18mX6m的宽幅型材壁板的搅拌摩擦焊接。2平面曲线对接搅拌摩擦焊技术对于飞机口盖类结构产品和中空散热器结构产品一般需要平面曲线搅拌摩擦焊技术进行焊接。该技术的关键是能够在工件厚度范围内保持搅拌工具尖部沿着曲线焊缝聚焦

7、，并II在焊接过程中能够使搅拌工具实现0〜5°焊接倾角范围内沿着焊接曲线轨迹进行切线调整。平面曲线搅拌摩擦焊接头设计多为对搭接结构，工件缝隙要求紧密，高度差不超过0.5mm,焊接过程倾角的调整和跟随连续而稳定，否则容易产生隧道型和局部富聚型空洞缺陷。目前中国搅拌摩擦焊中心已经利用平面曲线搅拌摩擦焊技术实现了多个飞机口盖类产品以及电子和雷达系统的屮空散热器产品的搅拌摩擦焊制造。3搭接函数搅拌摩擦焊技术在大型飞机机身制造中，