搅拌摩擦焊在航空航天工业中的应用

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1、搅拌摩擦焊在航空航天工业中的应用-（南昌航空大学航空制造工程学院0882班南昌330063）摘要：系统地总结了搅拌摩擦焊接技术的发展过程和技术特点．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。关键词：搅拌摩擦焊航空航天应用发展前言从神舟五号到神舟七号，中国载人航天工程完成了从首次问天到太空漫步的跨越，探月工程正进入“嫦娥”绕月阶段，国产新一代战机歼十展翅蓝天，拥有自主知识产权的支线客机ARJ21蓄势待发，新一代大运载火箭、大飞机已相继通过国家立项，近年来中国

2、航空航天工业的快速发展为增强综合国力和维护国家安全提供了重要保障。航空航天先进制造技术，已成为一个国家综合制造业能力与水平的最显著标志，也是新技术、新工艺和新材料等高新技术研发的竞争焦点领域。在航空航天装备的制造中，焊接始终处于至关重要的地位《1》搅拌摩擦焊（rictionstirwelding,简称FSW)是由英国焊接研究所(TheWeldingInstitute,简称TWI)于1991年提出的一种固态连接方法,于1993年和1995年在世界许多国家申请了知识产权保护。此技术原理简单,控制参数少,易于自动化,可将焊接过程中的人为因

3、素降到最低。搅拌摩擦焊技术与传统的熔焊相比,拥有很多优点,因而具有广泛的工业应用前景和发展潜力。有关搅拌摩擦焊接头的组织、力学性能(包括断裂、疲劳、腐蚀性能)、无损检测以及工艺参数对焊缝质量的影响等的研究是推广应用搅拌摩擦焊的基础,有关这些方面的研究是这个领域的研究热点。搅拌摩擦焊技术是世界焊接技术发展史上自发明到工业应用时间跨度最短和发展最快的一项固相连接新技术。截止2002年9月15日,得到英国焊接研究所(TWI)搅拌摩擦焊专利技术许可的用户己经有78家,与搅拌摩擦焊技术相关的专利技术有551项,用户已覆盖24个国家和地区。著名

4、的Boeing、NASA、BAE、HONDA、GE、HITACHI、MARTIN等公司都购买了此项技术,并已在航天、航空、车辆、造船等行业得到成功地应用.作为一项创新的连接技术，搅拌摩擦焊在焊接科学技术应用发展史上具有里程碑意义。铝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，薄壁结构的变形等一直是困扰焊接学术界及工程界的难题，始终未能彻底解决。而搅拌摩擦焊的出现，基本上消除了电弧焊的缺点。其卓越的技术优势、潜在的经济和社会效益已彰显于航空航天运载工具的成功推广应用上，如运载火箭及航天飞机

5、的推进器结构，飞机机身、机翼等结构。此外，在基础研究领域，搅拌摩擦焊焊接／加工的相关基础研究正在全球范围如火如荼地开展1.搅拌摩擦焊的的发展利用摩擦热焊接起源于一百多年前，此后经半个多世纪的研究发展，摩擦焊技术才逐渐成熟起来，并进入推广应用阶段。自从上世纪五十年代摩擦焊真正焊出合格焊接接头以来，就以其优质、高效、低耗环保的突出优点受到所有工业强国的重视。我国的摩擦焊研究始于1957年，发源地是哈尔滨焊接研究所，是世界上最早开展摩擦焊研究的几个国家之一，取得了很多引人注目的成果。搅拌摩擦焊技术是1991年英国焊接研究所发明的固相连接技

6、术，它在航空、航天、船舶、海洋工业、武器装备以及高速列车等领域的轻结构制造中的应用研究得到广泛开展。同时也引起了我国科技工作者的高度重视，先后开展了一些搅拌摩擦焊的研究工作，今后要对搅拌摩擦焊的机理、微观组织、力学性能和搅拌摩擦焊的核心技术搅拌头等展开更加深入的研究。拓展搅拌摩擦的材料焊接范围，特别是要加强异种材料搅拌摩擦的研究，进一步扩大搅拌摩擦焊的工程应用。同时还要对摩擦堆焊、第三体摩擦焊和嵌入摩擦焊开展研究。2.搅拌摩擦焊技术及其发展现状2.1搅拌摩擦焊的技术特点搅拌摩擦焊作为一项新型焊接方法，用很短的时间就完成了从发明到工业

7、化应用的历程。目前,在国际上还没有针对搅拌摩擦焊公布的统一技术术语标准，在搅拌摩擦焊专利许可协会的影响下，业界已经对搅拌摩擦焊方法中所涉及到的通用技术术语进行了定义和认可。图1示出了搅拌摩擦焊所用到的主要描述性术语图1搅拌摩擦焊原理示意与名词术语搅拌摩擦焊技术所涉及到的主要技术术语定义如下：搅拌头（Pintool）－搅拌摩擦焊的施焊工具；搅拌头轴肩（ToolShoulder）－搅拌头与工件表面接触的肩台部分；搅拌针（ToolPin）－搅拌头插入工件的部分；前进侧（AdvancedSide）－焊接方向与搅拌头轴肩旋转方向一致的焊缝侧面

8、；回转侧（RetreatingSide）－焊接方向与搅拌头轴肩旋转方向相反的焊缝侧面；轴向压力（DownorAxialForce）－向搅拌头施加的使搅拌针插入工件和保持搅拌头轴肩与工件表面接触的压力；搅拌摩擦焊是一种在机械力和摩擦热作