铝合金搅拌摩擦焊工艺的的研究

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1、铝合金搅拌摩擦焊工艺研究  1. 本设计（课题）研究的目的和意义 1  搅拌摩擦焊在飞机制造中的优越性 搅拌摩擦焊技术从制造成本、重量和连接质量的角度考虑具有显著的优越性。例如 ，在飞机上的应用可以减少零件数量和库存 ，降低装配费用 ，减少设计成本 ，减少维修费用等;同时搅拌摩擦焊代替铆接可以降低接头重量;对于给定的应力水平而言，搅拌摩擦焊可以消除铆接和螺接的紧固孔引起的应力集中，提高飞机的疲劳性能和所必需的安全检验阈值以及时间间隔;消除板 - 板对接连接中的结合面 ，防止潮湿介质的入侵和腐蚀;消除不同材料紧固连接需要的紧固件

2、和可能的电势腐蚀作用;免去密封介质和局部材料保护等。 1. 1  降低系统制造成本     搅拌摩擦焊技术为轻型铝合金结构的低成本、无紧固件的可靠连接提供了可能性 ，而且已经在航宇飞行器的制造过程中的成本控制上得到突破性进展。目前飞机制造中零部件的装配连接使用了大量的铆接和螺栓连接结构，如在空中客车A340飞机上使用了超过100万个铆钉。如果用搅拌摩擦焊接代替铆接，一方面搅拌摩擦焊具有比铆接更快的制造速度(因为搅拌摩擦焊准备简单，装配方便，操作程序少，焊接速度快);另一方面搅拌摩擦焊不需要焊丝，不需要对接束缚条 ，不需要加强板

3、 ，不需要粘接密封介质 ，没有紧固铆钉和高锁，在减少制造过程库存零部件的同时 ，大大减轻了飞机连接装配的重量。搅拌摩擦焊作为一种低成本的制造技术 ，用来代替气体保护熔化焊接( GMAW 和APPW) ，大幅度降低了系统费用;同时使单个燃料筒体的制造周期由原来的 23天，缩短为 6天。 1. 2  提高飞机制造效率     传统的飞机结构多为机械连接的装配方法 ，零件多 ，速度慢 ，制造步骤复杂 ，不容易实现生产装配自动化。但搅拌摩擦焊技术在飞机制造领域的应用 ，可使飞机高成本、大件加工、机械连接方式变为低成本、小件焊接、整体成

4、型结构方式 ，有效提高了飞机制造装配的效率，缩短了飞机零、部件的制造装配周期。另外 ，搅拌摩擦焊技术对硬件要求较低，完全可以通过对传统机床设备的改造 ，或在现有机械设计和加工能力的基础上完成。而且焊接过程没有飞溅、电弧等强烈的电磁干扰 ，易于实现过程数字控制和生产自动化。目前国外公司已经在数控多坐标铣床和焊接机器人系统上应用搅拌摩擦焊技术 ，实现搅拌摩擦焊的变截面的空间曲线轨迹的焊接。波音公司已经成功地实现了复杂结构的飞机门的曲线搅拌摩擦焊焊接;另外在战斗机的裙翼上成功地实现了薄板 T 形接头的搅拌摩擦焊连接 ，并且进行了相关

5、飞行测试。 1. 3  提供新的飞机结构设计可能性 搅拌摩擦焊不仅能在普通材料上得到优良的接头 ，而且在以前所谓的“难焊”和“不可焊接”铝合金材料上也能实现可靠连接 ，如可在1420、2195、2524、6013、6056、7075、AlMgSc等多种航宇合金材料上得到固相连接。同时，由于搅拌摩擦焊技术的特殊性，不同金属合金材料例如2524和7349，6065和1424，6061和2024等，也能得到可靠的焊接。对于从1 mm 到75 mm不同厚度的金属材料，基于搅拌摩擦焊不存在熔化过程，所以也能得到优良的固相连接。另外虽然原

6、始材料的生产准备状态不同，但是搅拌摩擦焊可以实现板材件、挤压型材件以及预成型件的焊接。英国焊接研究所已经成功地把锻压板材件用搅拌摩擦焊的方法和铸态零件焊接在一起 ，同时得到非常优异的接头机械性能。搅拌摩擦焊技术为飞机结构设计中新材料、新结构的应用提供了更多的选择性和可能性。 2. 本设计（课题）国内外研究历史与现状 目前，该所主要是与航空、航天、船舶、高速列车及汽车等焊接设备制造厂和国际性的大公司联合，以团体赞助或合作的形式（TWI的GSP项目）研究、开发搅拌摩擦焊技术，不断扩大其应用范围。     目前由工业企业赞助的研究项

7、目包括：大厚度铝合金的搅拌摩擦焊、钢的搅拌摩擦焊、钛合金的搅拌摩擦焊、汽车轻型构件的搅拌摩擦焊等。美国的爱迪生焊接研究所（EWI）与TWI密切协作，也在进行FSW工艺的研究。美国的洛克希德。马丁航空航天公司、马歇乐航天飞行中心、美国海军研究年、Dartmuth大学、德国的Stuttgart大学、澳大利亚的Adelaide大学及澳大利亚焊接研究所等都有从不同的角度对搅拌摩擦焊进行了专门研究。 1铝合金搅拌摩擦焊在航空航天领域中的应用     随着搅拌摩擦焊的研究进一步走向深入，搅拌摩擦焊设备也逐渐从试验室走向商用。TWI应用此技

8、术为波音公司生产了3个2000系列铝合金航天飞机燃料箱；美国洛克希德。马丁公司、波音-麦道公司、洛克韦乐集团、爱迪生焊接研究所等多家机构目前正在致力于搅拌摩擦焊接的研究、应用评估和开发。在航空航天领域适于用FSW技术焊接的结构包括：军用或民用飞机的蒙皮、航天器中的低温燃料箱，