搅拌摩擦焊在航空航天工业的应用发展现状与前景

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1、WeldingTechnologyinAeronauticsandAstronautics航空航天焊接专题搅拌摩擦焊在航空航天工业的应用发展现状与前景北京航空制造工程研究所中国搅拌摩擦焊中心（100024）董春林栾国红关桥摘要目前在基础研究、工程化技术开发、设备制造等方面，搅拌摩擦焊正快速发展，面对中国在航空航天工业领域的发展规划和需求牵引，搅拌摩擦焊在未来几年内将迎来快速发展和应用的高峰。搅拌摩擦焊的推广应用将提升中国工业在铝合金、镁合金等轻合金金属材料的连接技术水平，并且将进一步增强中国工业

2、产品国际竞争力。关键词：搅拌摩擦焊航空航天应用发展中图分类号：TG453一种新的焊接方法自发现、原理验证、技术实现与0前言革新、直至在航空航天工业中推广并工程化应用，通常从神舟五号到神舟七号，中国载人航天工程完成要经历几十年甚至更长的时间，而1991年英国焊接研了从首次问天到太空漫步的跨越，探月工程正进入“嫦究所（TheWeldingInstitute-TWI）发明的搅拌摩擦焊娥”绕月阶段，国产新一代战机歼十展翅蓝天，拥有自（FrictionStirWelding，简称FSW）却是个特例，搅拌摩

3、主知识产权的支线客机ARJ21蓄势待发，新一代大运擦焊自发明到工业化应用（在船舶及列车制造行业）仅载火箭、大飞机已相继通过国家立项，近年来中国航空用不到八年时间，在不到十五年间，搅拌摩擦焊已在航航天工业的快速发展为增强综合国力和维护国家安全天航空工业领域得到大规模工程化应用，这在航空航［2］提供了重要保障。航空航天先进制造技术，已成为一个天焊接技术发展史上是空前的。国家综合制造业能力与水平的最显著标志，也是新技工程科技领域中的创新源于实践，搅拌摩擦焊是术、新工艺和新材料等高新技术研发的竞争焦点领

4、域。一个典型的例证，作为一项创新的连接技术，搅拌摩擦在航空航天装备的制造中，焊接始终处于至关重要的焊在焊接科学技术应用发展史上具有里程碑意义。铝［1］地位。合金结构的电弧焊已历经半个多世纪的发展，但焊缝中的气孔、热裂纹等缺陷，接头强度性能的损失，薄壁收稿日期：2008-10-19基金项目：国家科技“十一五”支撑计划重点项目（2006BAF04B09）；航空结构的变形等一直是困扰焊接学术界及工程界的难重点基金（2007ZE25004）。题，始终未能彻底解决。而搅拌摩擦焊的出现，基本上2008年第1

5、1期25航空航天焊接专题WeldingTechnologyinAeronauticsandAstronautics消除了电弧焊的缺点，其卓越的技术优势、潜在的经济材料的温度升高，并产生热塑化，当搅拌头沿着待焊材和社会效益已彰显于航空航天运载工具的成功推广应料连接界面向前移动时，在搅拌头旋转摩擦以及挤压用上，如运载火箭及航天飞机的推进器结构，飞机机身、作用下，被塑化材料由搅拌头的前部向后部转移，转移机翼等结构。此外，在基础研究领域，搅拌摩擦焊焊接／后的热塑材料在热-力复合作用下进行扩散和再结晶，［

6、3-6］加工的相关基础研究正在全球范围如火如荼地开展。从而形成致密可靠的固相连接。搅拌摩擦焊的原理示意如图2所示，主要由搅拌头的旋转、插入、热塑化和1搅拌摩擦焊的原理和技术优势移动焊接等过程组成。自搅拌摩擦焊发明以来，TWI在世界范围内申请了专利保护，其中1995年在中国也申请了知识产权保护，并于1999年得到了中国政府的批准。截至2007年9月，全球已经有192家企业、公司和研究院所获得了搅拌摩擦焊专利许可，参见图1所示。国内从1996年起，以北京航空制造工程研究所（原北京航空工艺研究所，或航

7、空部625所）为代表的一些科研单位也启动了探索性研究工作。自2002年，北京航空制造工程研究所与TWI合作成立中国搅拌摩擦焊中心以来，搅拌摩擦焊在基础理论研究、应用技术研发、专用装备和工业产品开发制造等领域都得到了快速发展，并且逐渐在航天、航空、船舶、电子能源等领域得到工业化推广应用。目前，国内已先后有二十多家单位（高等院校、企业、科研机构）获得了该项技术的专利使用权，在国家相关科研计划的支持下（如国家科技“十一五”支撑计划、自然科学基金、行业科学研究基金等），专项的基础研究及应用技术开发正全面

8、系统展开。年度图2搅拌摩擦焊接过程原理示意图图11995年至2007年9月发布的FSW专利许可数量搅拌摩擦焊自发明以来在世界工业领域得到了快（数据来源于TWI）速的发展和大规模推广应用，其本质原因在于显著的搅拌摩擦焊之所以能举世瞩目并在工业界得到广技术优势和潜在的技术推动力，主要表现为如下几个泛应用，主要在于这项技术易于实现工程化、自动化程方面：度高、属于绿色制造且质量稳定可靠性好。其原理是利（1）搅拌摩擦焊彻底解决了铝合金的焊接性问题用一种带有特殊指针（又称：搅拌针）和轴肩的搅拌工无论是传统的