铝合金搅拌摩擦焊与熔焊航天行业标准的对比分析

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1、妒必渺删焊航天行迎橱准钨苏敏t徐舂凤2(1．航天科技集团公司211厂，北京．100076；2．航天标准化研究所。北京．100071)文摘：简介搅拌摩擦焊接基本原理和特点，概述国内外搅拌摩擦焊接有关标准的研究现状，并对航天行业标准《铝合金搅拌摩擦焊技术条件》中规定的缺陷定义、接头质量要求以及接头检验要求等与熔焊标准进行了对比分析．指出该标准对于推广搅拌摩擦焊接技术，提高航天产品制造水平具有重要的作用。关键词：搅拌摩擦焊；熔焊；焊缝缺陷；铝合金焊接；航天行业标准。搅拌摩擦焊是英国焊接研究所1991年发明的一种固相连接新技术。焊接时．高速旋转的搅拌头扎入工件后沿焊接方向运动．在搅拌头与工件接触

2、部位产生摩擦热．使其附近金属形成塑性软化层．软化层在搅拌头旋转的作用下填充搅拌针后方所形成的空腔．并在轴肩与搅拌针韵搅拌及挤压作用下实现材料的连接。如图1所示。a——母材区；b——热影响区；c——热力影响区；d——焊核区：e——轴肩影响区图1搅拌摩擦焊原理示意图搅拌摩擦焊技术具有高效、低能耗、绿色无污染等特点．它可以有效地消除熔焊固有的缺陷(如焊接气孔等)，并且焊后残余应力低，残余变术形很小．搅拌摩擦焊缝组织细化．焊缝力学性能显著提高，是铝镁等轻质合金理想的焊接方法．在航空航天等制造领域具有广阔的应用前景。1国内外有关搅拌摩擦焊标准情况为了推动搅拌摩擦焊接技术的应用．国外著名宇航公司相继

3、建立了自己的搅拌摩擦焊接头评定规范。美国波音公司为使搅拌摩擦焊应用于Delta系列火箭贮箱纵缝的焊接生产．专门研究制定了自己的搅拌摩擦焊标准．用于指导产品的焊接生产：洛马公司也研究建立了自己的搅拌摩擦焊工程应用评定技术体系用于航天飞机外贮箱纵缝的搅拌摩擦焊生产：欧空局制定了相关的搅拌摩擦焊标准用于指导阿里安运载火箭贮箱相关部件的搅拌摩擦焊接：美国宇航局为推动搅拌摩擦焊技术在航天领域的广泛应用．特别拨出专款进行搅拌摩擦焊接头缺陷检测与评定等技术的攻关研究。国外对于搅拌摩擦焊接标准的研究已经开展了大量的工作。但到目前为止，受搅拌摩擦焊技术军工应用背景及保持本企业搅拌摩擦焊技术领先地位等因素的

4、影响．国外制定的有关搅拌·本文源于2004年国防科技工业技术基础课题(计划编号K03xxxx0412)。《航天标准4匕))2010年第1期一15—篮筮苈爿堡蕴崖皇虚崖廑差荭丝瘳筐应壁毖左蕴：蒸数磋蒸厦摩擦焊标准方面的资料都未公开报道。在国内。航空、航天等单位相继开展了搅拌摩擦焊研究工作．实现了搅拌摩擦焊接技术在航空航天等制造领域的工程应用。航天科技集团公司一院21l厂在前期研究的基础上．结合航天系统兄弟单位的应用经验．编制了国内首份搅拌摩擦焊航天行业标准《铝合金搅拌摩擦焊技术条件》(正报批)，为搅拌摩擦焊接技术在航天领域的工程应用奠定了基础。2铝合金搅拌摩擦焊与熔焊标准对比分析QJ269

5、8—1995《铝及铝合金熔焊通用技术条件》是目前使用非常广泛的航天行业标准。对于保证航天产品焊接质量起到了重要作用。《铝合金搅拌摩擦焊技术条件》是在搅拌摩擦焊接技术快速发展的基础上．根据航天产品特点编制的一项航天行业标准．对于推广搅拌摩擦焊接技术在航天领域的应用具有重要作用。两者应用对象均为航天铝合金产品．但由于熔焊技术与搅拌摩擦焊技术本身的特点，两者在焊接工艺、焊缝成形方式、缺陷类型及检验方法、接头质量控制及评定等方面存在较大的差异。下面。就搅拌摩擦焊与熔焊差异较大的部分进行简要分析。2．1应用范围《铝合金搅拌摩擦焊技术条件》适用于母材厚度为3mm。12mm的2219、2A14、2A1

6、2、5A03、5A06材料牌号的铝合金I形对接接头的搅拌摩擦焊：而QJ2698—1995适用范围更广一些，除对接接头外。还适用于角接接头、搭接接头等结构．且涵盖的铝合金种类和厚度更广泛。这主要是由于搅拌摩擦焊作为二种新型的焊接技术．还需要在实际生产中不断验证和发展．相应的焊接标准也需要不断地改进和完善。2．2缺陷搅拌摩擦焊属于固相焊．其焊接温度不高于金属熔点。且焊接过程中受到搅拌头的顶锻、挤压和搅动作用。焊接后形成的缺陷较为独特．．其缺陷种类、形貌以及形成原因也与熔焊存在较大差异。其中飞边和匙孔(如图2所示)、表面下凹和根部弱结合(如图3所示)、起皮(如图4所示)、孑L洞型缺陷、表面犁沟

7、等缺陷是搅拌摩擦焊特有的缺陷．而其他夹杂物、未焊透等缺陷属于熔焊和搅拌摩擦焊共有的缺陷。～～．⋯．⋯⋯～么=：愆憋礤愆媳煦愆愆媳照吏＼焊缝、图2飞边与匙孔示意图3根部弱结合示意一16一图4起皮示意·飞边缺陷是搅拌摩擦焊后残留在接头正面沿焊缝一侧或两侧翻卷的金属．匙孔缺陷是搅拌针抽出后未得到母材金属的填充而在焊缝尾端形成的孔洞。飞边和匙孔缺陷(如图2所示)这两种缺陷属于一般搅拌摩擦焊固有的特征。此外。搅拌摩擦焊在焊接过程中需要施加一定