攪拌摩擦焊技術(shù)在飛機(jī)制造中的基礎(chǔ)和驗證

攪拌摩擦焊技術(shù)從制造成本、重量和連接質(zhì)量的角度考慮，似乎具有巨大的優(yōu)越性。攪拌摩擦焊技術(shù)對于輕型鋁合金結(jié)構(gòu)的低成本、無緊固件的可靠連接提供了巨大的可能性。

文章主要講述了攪拌摩擦焊的工作原理、特點以及發(fā)展現(xiàn)狀;講述了在工業(yè)純銅、紫銅接頭中使用這項技術(shù)的可行性,同時對這項技術(shù)在電機(jī)設(shè)備加工生產(chǎn)業(yè)中的發(fā)展前途做了初步的研究。

介紹了攪拌摩擦焊的原理、特點和發(fā)展情況;分析了該技術(shù)用于焊接紫銅/紫銅接頭的可行性。并對其在電機(jī)制造業(yè)中的應(yīng)用前景作了初步探討。

中航工業(yè)北京賽福斯特技術(shù)有限公司（中國攪拌摩擦焊中心）是中國攪拌摩擦焊技術(shù)先鋒和開拓者,秉持“航空報國、強(qiáng)軍富民”的主體理念,已成功實現(xiàn)我國大型飛機(jī)機(jī)身結(jié)構(gòu)、油箱、口蓋、地板結(jié)構(gòu)、新型戰(zhàn)斗機(jī)艙體、機(jī)翼結(jié)構(gòu)和雷達(dá)冷板等部件的攪拌摩擦焊接,大幅提升了我國武器裝備的制造技術(shù)水平。

中航工業(yè)北京賽福斯特技術(shù)有限公司（中國攪拌摩擦焊中心）是中國攪拌摩擦焊技術(shù)先鋒和開拓者,秉持“航空報國、強(qiáng)軍富民”的主體理念,已成功實現(xiàn)我國大型飛機(jī)機(jī)身結(jié)構(gòu)、油箱、口蓋、地板結(jié)構(gòu)、新型戰(zhàn)斗機(jī)艙體、機(jī)翼結(jié)構(gòu)和雷達(dá)冷板等部件的攪拌摩擦焊接,大幅提升了我國武器裝備的制造技術(shù)水平。

中航工業(yè)北京賽福斯特技術(shù)有限公司（中國攪拌摩擦焊中心）是中國攪拌摩擦焊技術(shù)先鋒和開拓者,秉持“航空報國、強(qiáng)軍富民”的主體理念,已成功實現(xiàn)我國大型飛機(jī)機(jī)身結(jié)構(gòu)、油箱、口蓋、地板結(jié)構(gòu)、新型戰(zhàn)斗機(jī)艙體、機(jī)翼結(jié)構(gòu)和雷達(dá)冷板等部件的攪拌摩擦焊接,大幅提升了我國武器裝備的制造技術(shù)水平。

通過研究攪拌摩擦焊產(chǎn)熱的機(jī)制,建立摩擦產(chǎn)熱的計算模型,對進(jìn)一步理解fsw機(jī)理、優(yōu)化焊接參數(shù)、獲得高質(zhì)量的接頭具有重要作用。本文介紹了一種基于攪拌頭與焊件間不同接觸行為條件而建立的攪拌摩擦焊產(chǎn)熱分析計算模型。

傳統(tǒng)鋁合金焊接技術(shù)因為鋁合金的材料特性,在高溫下焊接熔化,冷卻后容易變形。攪拌摩擦焊是一種新型固相連接技術(shù),其焊接后變形小、質(zhì)量好、力學(xué)性能好。本文介紹了攪拌摩擦焊的焊接方法技術(shù)和基本原理,以及攪拌摩擦焊在船舶制造業(yè)中的應(yīng)用和目前使用中存在的問題。

熱電偶測溫和紅外儀測溫都是現(xiàn)代測溫技術(shù)中的主要測溫方法。但由于熱電偶測溫的滯后性和紅外儀測溫易受發(fā)射率影響的原因,測溫的準(zhǔn)確度難以提高。在基于攪拌摩擦焊接動態(tài)測溫試驗基礎(chǔ)上,本文提出了一種根據(jù)熱電偶測溫原理對熱電偶測溫動態(tài)誤差進(jìn)行校正的方法,并通過紅外儀測溫對校正結(jié)果進(jìn)行了檢驗,取得了較理想的結(jié)果,對提高測溫準(zhǔn)確度具有一定的意義。

根據(jù)已研制的三維數(shù)控焊攪拌摩擦焊機(jī)結(jié)構(gòu),研究了攪拌頭長度補(bǔ)償模型,給出了攪拌頭長度補(bǔ)償計算公式及坐標(biāo)轉(zhuǎn)換關(guān)系。

國內(nèi)對攪拌摩擦焊焊接參數(shù)(如進(jìn)給速度、旋轉(zhuǎn)速度)的研究比較多,但對工藝傾角的研究很少。本文采用攪拌摩擦焊方法對2519鋁合金進(jìn)行了焊接試驗,結(jié)果表明,工藝傾角也是影響焊縫質(zhì)量的關(guān)鍵性因素,工藝傾角在3°~5°區(qū)間時,呈現(xiàn)出較好的焊縫性能,小于3°或大小5°,焊縫性能較差。

介紹了攪拌摩擦焊的原理、研究現(xiàn)狀及應(yīng)用,并對該焊接方法的應(yīng)用前景進(jìn)行了展望。

采用熱塑性塑料abs作為焊接材料,研究了攪拌摩擦焊工藝參數(shù)對其焊接接頭力學(xué)性能的影響。結(jié)果表明,工藝參數(shù)與性能之間有明顯的關(guān)聯(lián)性,采用1300r/min轉(zhuǎn)速、0.05mm下壓量、20mm/min焊接速度,接頭宏觀表面成型良好,且焊接后板材整體基本無翹曲,可以實現(xiàn)有效連接。斷面分析表明,在不同焊接參數(shù)下接頭斷裂方式不同,斷面出現(xiàn)明顯的分層現(xiàn)象。

介紹了現(xiàn)代工業(yè)工程的內(nèi)涵和研究內(nèi)容，從工業(yè)工程的角度分析了我國飛機(jī)制造企業(yè)與國外企業(yè)和國內(nèi)其他制造企業(yè)之間的差別。并提出如何結(jié)合國情推進(jìn)工業(yè)工程的幾點建議。

攪拌摩擦焊接是固相連接技術(shù),焊接過程中形成精細(xì)的鍛造組織,具有較高的接頭性能。在介紹攪拌摩擦焊技術(shù)的基礎(chǔ)上,對該技術(shù)在汽車制造業(yè)中的應(yīng)用進(jìn)行了探討。對攪拌摩擦點焊技術(shù)進(jìn)行了介紹。由于攪拌摩擦點焊具有成本低、耗能少等優(yōu)勢,可完全替代傳統(tǒng)點焊方法用于汽車制造。

介紹了攪拌摩擦焊接技術(shù)的焊接工藝、焊接機(jī)理、焊接數(shù)值模擬及難點，提出應(yīng)從復(fù)合攪拌摩擦焊接技術(shù)工藝和攪拌頭的再設(shè)計等途徑解決攪拌摩擦焊接高熔點合金與黑色金屬的技術(shù)問題。

介紹了攪拌摩擦焊接技術(shù)的焊接工藝、焊接機(jī)理、焊接數(shù)值模擬及難點，提出應(yīng)從復(fù)合攪拌摩擦焊接技術(shù)工藝和攪拌頭的再設(shè)計等途徑解決攪拌摩擦焊接高熔點合金與黑色金屬的技術(shù)問題。

該文討論了工程實踐中兩個方面的問題。一方面,介紹了攪拌摩擦焊(frictionstirwelding,fsw)的國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀。該技術(shù)在鋁合金結(jié)構(gòu)制造中已成為可以替代熔焊技術(shù)的實用的工業(yè)化固相連接技術(shù)。另一方面,還論述了我國擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的創(chuàng)新性的技術(shù)——低應(yīng)力無變形(lowstressnodistortion-lsndwelding)焊接法的機(jī)理和工程應(yīng)用。該方法采用熱拉伸效應(yīng)(全截面熱拉伸、局域熱拉伸)主動控制鋁合金、鈦合金飛行器薄壁結(jié)構(gòu)焊接失穩(wěn)翹曲變形,可達(dá)到焊后無變形的目標(biāo)。

攪拌摩擦焊(frictionstirwelding.簡稱fsw)是一種利用高速旋轉(zhuǎn)的攪拌頭與工件磨擦產(chǎn)生的熱量使被焊材料局部塑化的新型固相連接工藝。它可以對多種熔化焊接性差的有色金屬等材料進(jìn)行可靠的連接,而且連接工藝簡單,有較好的工藝適應(yīng)性。本文在總結(jié)攪拌摩擦焊研究成果的基礎(chǔ)上,論述了攪拌摩擦焊的基本原理和特點,闡述了近年來國內(nèi)外攪拌摩擦焊工藝參數(shù)、接頭微觀組織、焊接成形機(jī)理等方面的研究現(xiàn)狀,并展望fsw的應(yīng)用前景。

選用yg8硬質(zhì)合金作為摩擦頭材料進(jìn)行低碳鋼的攪拌摩擦焊試驗。采用游標(biāo)卡尺測量工具、x射線衍射儀和能譜儀等分析摩擦頭在焊接過程中的主要失效形式。結(jié)果表明,yg8硬質(zhì)合金摩擦頭在低碳鋼的攪拌摩擦焊過程中的主要失效形式為機(jī)械磨損、氧化剝落、攪拌針脆性斷裂和軸肩變形失效等。引起失效的主要原因是摩擦頭長時間的高溫高壓摩擦,導(dǎo)致粘結(jié)相co分布不均勻或部分?jǐn)U散流失,嚴(yán)重破壞了硬質(zhì)合金的骨架模型;失效后摩擦頭組織中出現(xiàn)了游離碳和硬脆相co6w6c,減弱粘結(jié)相co對基體相碳化鎢的固溶強(qiáng)化作用,最終導(dǎo)致摩擦頭的硬度、強(qiáng)度和耐磨性等下降。

攪拌摩擦焊是一種新型固相連接技術(shù),在鋁合金、鈦合金等有色金屬焊接方面有著較為廣泛的應(yīng)用。針對某型坦克電機(jī)定子需在圓周空間方向進(jìn)行焊接,而二維平面機(jī)床不能滿足工藝要求的現(xiàn)狀,研制了一種基于plc的新型攪拌摩擦焊專用機(jī)床,實現(xiàn)了該項新工藝的突破。

結(jié)合攪拌摩擦焊發(fā)展現(xiàn)狀，本文主要對攪拌摩擦焊攪拌頭領(lǐng)域?qū)＠M(jìn)行統(tǒng)計分析，包括申請量、主要申請人、專利申請態(tài)勢分布、進(jìn)行統(tǒng)計分析，對攪拌摩擦焊用攪拌頭的技術(shù)背景和應(yīng)用領(lǐng)域的發(fā)展作了簡單歸納介紹，提出專利分析可以作為一種技術(shù)路線分析的手段，指引后續(xù)創(chuàng)新方向。