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机床设计之家

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搅拌摩擦焊(Friction Stir Welding)简介  

2014-01-08 19:51:58|  分类: 默认分类 |  标签: |举报 |字号 订阅

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搅拌摩擦焊(Friction Stir Welding)是由英国焊接研究所(TWI)于1991年发明(专利覆盖了中国市场)的一种固相连接技术。它采用特型搅拌头在待焊工件件旋转、摩擦生热,并挤压以形成焊缝。属于一种崭新的固态连接方法。采用搅拌摩擦焊取代传统的氩弧焊,不仅能完成材料的对接、搭接、丁字等多种接头方式,而且能用于高强铝合金、铝锂合金的焊接,大大提高了焊接接头的力学性能,并且排除了熔焊缺陷产生的可能性。搅拌摩擦焊工艺在飞行器铝合金结构制造中的推广应用,在国外已显示出强劲的技术创新活力,对传统制造工艺带来革命性的改造。
   
 
作为一种固相连接手段,搅拌摩擦焊除了可以焊接用普通熔焊方法难以焊接的材料外(例如可以实现用熔焊难以保证质量的裂纹敏感性强的7000、2000系列铝合金的高质量连接),FSW还具有以下优点:
温度低,变形小(即使是长焊缝也是如此);
?    接头机械性能好(包括疲劳、拉伸、弯曲),不产生类似熔焊接头的铸造组织缺陷,并且其组织由于塑性流动而细化
?    与其它焊接方法相比,焊接变形小,调整、返修频率低,某航空发动机采用FSW后成本降低了60%
?    焊前及焊后处理简单,焊接过程中的摩擦和搅拌可以有效去除焊件表面氧化膜及附着杂质。而且焊接过程中不需要保护气体、焊条及焊料
?    能够进行全位置的焊接
?    适应性好,效率高
?    操作简单
?    焊接过程中无烟尘、辐射、飞溅、噪音及弧光等有害物质产生,是一种环保型工艺方法
尤其值得指出的是,搅拌摩擦焊所具有适合于自动化和机器人操作的优点,诸如:不需要填丝、保护气(对于铝合金)、可以允许有薄的氧化膜、对于批量生产,不需要进行打磨、刮擦之类的表面处理非损耗的工具头、一个典型的工具头就可以用来焊接6000系列的铝合金达1000米等。
 
搅拌摩擦焊工艺最初主要用于解决铝合金等低熔点材料的焊接,关于搅拌摩擦焊工艺的特点和应用等,TWI进行了较多的研究,并于1993年、1995年申请了专利。目前,TWI主要是与航空航天、海洋、道路交通、铝材厂、焊接设备制造厂等大公司联合,以团体赞助或合作的形式(TWI的GSP项目)开发这种技术,扩大其应用范围。他们正在进行的由工业企业赞助的研究项目包括:钢的搅拌摩擦焊、汽车轻型构件的搅拌摩擦焊等。美国的爱迪生焊接研究所(Edison welding Institute,简称EWI)与TWI密切协作,也在进行FSW工艺的研究。美国的美国洛克希德马丁航空航天公司、马歇尔航天飞行中心、美国海军研究所、Dartmouth大学、德克萨斯大学、阿肯色斯大学、南卡罗里纳大学、德国的Stuttgart大学、澳大利亚的Adelaide大学、澳大利亚焊接研究所等都从不同的角度对搅拌摩擦焊进行了专门研究。搅拌摩擦焊技术拥有诸多独特的优点,英国焊接研究所的Nicholas认为,搅拌摩擦焊工艺是自激光焊接问世以来最引人注目的焊接方法,它的出现将使铝合金等有色金属的连接技术发生重大变革。实际情况的确如此,在FSW技术问世后的短短几年内,在焊接机理、适用材料、焊接设备以及工程化应用方面均取得了很大的进展。
随着搅拌摩擦焊的研究进一步走向深入,其设备也逐渐从试验设备走向商用。TWI的合作伙伴之一、世界著名的焊机制造商--ESAB,为挪威的Marine Aluminium生产了第一台商用搅拌摩擦焊机;TWI应用此技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、洛克韦尔集团、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的研究、应用评估和开发;Boeing公司斥资几百万美元,请ESAB公司为其设计生产焊接大型低温容器的专用搅拌摩擦焊机,目前瑞典ESAB公司已经开发出多种搅拌摩擦焊设备并提交给波音公司,这些焊机能够焊接16米长的焊缝,可以用于挤压壁板的焊接装配。BAE系统空客公司正在对FSW技术进行验证,目的是用来生产A3
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