『超大转帖』航天焊接工艺——搅拌摩擦焊喜获重大进展

来源:百度文库 编辑:超级军网 时间:2024/04/26 13:20:32
http://www.china-spacenews.com 航天科技  2005年2月4日

本报讯 日前,随着一个直径2.25米的贮箱液压试验的成功,一种具有国际先进水平的焊接工艺方法——搅拌摩擦焊在一院211厂取得重大进展,它标志着211厂几十年来采用氩弧焊方法焊接产品贮箱的时代即将结束。  
  搅拌摩擦焊是1991年发明于英国的一种先进的、革命性的焊接工艺。这种工艺具有焊接变形小、残余应力小,无需氩氦保护气体和填充材料,可消除气孔、夹杂、裂纹等焊接缺陷,以及不产生弧光、烟尘、噪音污染等优点,同时能显著降低成本、节省材料、优化结构、减轻飞行器的结构重量。因此,搅拌摩擦焊技术问世不久就受到重视,在短短不到10年的时间里,已经广泛应用于航空、航天、船舶和核工业等多个领域。  
  211厂的搅拌摩擦焊研究开始于2001年。经过3年的刻苦钻研和通力合作,工艺技术人员先后攻克了搅拌头的研制、焊接材料的选择、焊接试验方案的确定和工艺试验等难关,最终取得了可喜成果。试验表明,用搅拌摩擦焊工艺焊接的箱体完全符合设计指标。  
  几十年来,我国航天型号产品箱体使用的材料可焊性不好,接头塑性较差,且焊缝易裂纹,因而产生效率低下,补焊困难,同时生产成本高居不下,削弱了我国运载火箭的可靠性。搅拌摩擦焊的试验成功,将扭转这种落后局面,对提高型号制造质量和新材料、新结构的应用具有重要价值,对于提高我国装备的制造技术水平和批生产能力具有重大的战略意义;推广应用后,可以满足多种型号航天产品的制造,实现我国航天制造技术水平的跨越式发展,与国际先进水平保持同步,同时还将产生巨大的经济和社会效益。  
  此外,我国新一代大型运载火箭贮箱采用了新型材料,传统的氩弧焊方法难以满足它的焊接要求,而搅拌摩擦焊则是一种首选的先进焊接方法。  
  据悉,211厂下一步将继续进行焊接试验,使搅拌摩擦焊工艺臻于完善,并逐步应用于型号生产。
(孙欣荣)http://www.china-spacenews.com 航天科技  2005年2月4日

本报讯 日前,随着一个直径2.25米的贮箱液压试验的成功,一种具有国际先进水平的焊接工艺方法——搅拌摩擦焊在一院211厂取得重大进展,它标志着211厂几十年来采用氩弧焊方法焊接产品贮箱的时代即将结束。  
  搅拌摩擦焊是1991年发明于英国的一种先进的、革命性的焊接工艺。这种工艺具有焊接变形小、残余应力小,无需氩氦保护气体和填充材料,可消除气孔、夹杂、裂纹等焊接缺陷,以及不产生弧光、烟尘、噪音污染等优点,同时能显著降低成本、节省材料、优化结构、减轻飞行器的结构重量。因此,搅拌摩擦焊技术问世不久就受到重视,在短短不到10年的时间里,已经广泛应用于航空、航天、船舶和核工业等多个领域。  
  211厂的搅拌摩擦焊研究开始于2001年。经过3年的刻苦钻研和通力合作,工艺技术人员先后攻克了搅拌头的研制、焊接材料的选择、焊接试验方案的确定和工艺试验等难关,最终取得了可喜成果。试验表明,用搅拌摩擦焊工艺焊接的箱体完全符合设计指标。  
  几十年来,我国航天型号产品箱体使用的材料可焊性不好,接头塑性较差,且焊缝易裂纹,因而产生效率低下,补焊困难,同时生产成本高居不下,削弱了我国运载火箭的可靠性。搅拌摩擦焊的试验成功,将扭转这种落后局面,对提高型号制造质量和新材料、新结构的应用具有重要价值,对于提高我国装备的制造技术水平和批生产能力具有重大的战略意义;推广应用后,可以满足多种型号航天产品的制造,实现我国航天制造技术水平的跨越式发展,与国际先进水平保持同步,同时还将产生巨大的经济和社会效益。  
  此外,我国新一代大型运载火箭贮箱采用了新型材料,传统的氩弧焊方法难以满足它的焊接要求,而搅拌摩擦焊则是一种首选的先进焊接方法。  
  据悉,211厂下一步将继续进行焊接试验,使搅拌摩擦焊工艺臻于完善,并逐步应用于型号生产。
(孙欣荣)
在展会上见过代理人家的,这回算是自己搞定了
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这还只是试验件,不知是否是低温贮箱?不过FSW离工程应用还有距离,印象中航空系统的625所也在搞。目前我国火箭的贮箱材料仍旧是LD10等铝合金为主——“焊接性能较差,焊接时形成热裂纹的倾向较大,对焊接过程中的各种因素也比较敏感,焊接接头的断裂韧度较低,特别是当焊缝部位存在焊接缺陷时,液压强度试验时试验件经常发生低压爆破。”FSW工艺对解决上述问题大有助益。
另外材料的更新步伐也得加快了,铝锂合金十分诱人,可惜我国的技术储备不够,可能赶不上大运载的进度,建议的贮箱材料还是147铝合金。
(http://www.calt.com/information/magazine/200205/025LZH.htm)
Delta II、Delta IV 火箭上的搅拌摩擦焊技术-Boeing
http://www.weld.labs.gov.cn/cgi-bin/mwf/topic_show.pl?pid=23
[此贴子已经被作者于2005-8-26 19:05:53编辑过]
搅拌摩擦焊技术的发展
张田仓,栾国红,陈沁刚
(航空工业第625所,北京 100084)


目前,飞行器上大量采用高强铝合金,由于这些材料的熔焊焊接性能差,在飞行器上不得不采用点焊或铆接结构,这样不但大大降低了部件的性能重量比,而且气密性差。英国焊接研究所开发研究的搅拌摩擦焊工艺为这类问题的解决提供了一个新思路,由于它具有可焊接对裂纹敏感而不能熔焊的金属、固相连接能保持原合金的冶金性能、可焊接异种金属等优点,在许多国家得到了迅速的开发和应用。搅拌摩擦焊现在主要用于飞行器上无法熔焊的铝合金,如硬铝、铝锂合金等材料的连接,大大提高了产品的性能和制造水平。 图1.1 搅拌摩擦焊示意图

1 搅拌摩擦焊技术介绍
1.1 搅拌摩擦焊的工艺过程
搅拌摩擦焊的焊接过程如图1.1所示。搅拌头在轴向压力下高速旋转,使其上的特型指棒与工件表面接触,摩擦生热并软化了一部分金属,迅速钻进被焊对接板的接缝;当特型指棒钻进表面以下时,有一部分金属被挤出表面以上,这些在焊接的瞬间产生。焊接深度主要由搅拌头的特型指棒长度决定,随着搅拌头特型指棒的钻入,当轴肩与被焊板件的金属表面接触时,轴肩的旋转产生了辅助的摩擦热,并在搅拌头的特型指棒周围产生了塑性金属,此时,搅拌头沿着板件的接缝运动时,利用特型指棒与工件材料间摩擦生热,不断软化、挤压和搅拌前方的金属,而在搅拌头已走过的部位金属逐渐冷却、固化,就形成了搅拌摩擦焊的焊缝。
1.2 搅拌摩擦焊的焊缝金相组织
搅拌摩擦焊的焊核位于焊缝中心,内部结构呈清晰的洋葱形状,由一系列的椭圆排列组成,这在其它合金中不一定看到或不够明显。焊核延伸到焊件的表面,它比搅拌头的特型指棒要大,但比搅拌头的轴肩要小。焊核有时会延伸到焊件的底部。焊核的形貌取决于特型指棒的形状、焊接参数和被焊材料的强度。
通过搅拌摩擦焊焊接接头的金相分析及显微硬度分析可以发现,搅拌摩擦焊接头的微观结构可分为四个区域:A区为母材区在最外边,无热影响也无变形的影响;B区为热影响区,没有受到变形的影响,但受到了从焊接区传导过来的热量影响; C区为变形热影响区,该区受到了塑性变形的影响,也受到了焊接温度的影响;D区为焊核,是两块焊件的共有部分,如图1.2所示。 图1.2 搅拌摩擦焊各区域分布 在热影响区,除了腐蚀反应比母材快一些之外,显微结构与母材没有多大的区别。对于时效强化或加工硬化的合金,焊后接头的热影响区的硬度下降,这是由于从焊接区传导来的热量使热影响区过时效或位错密度下降造成的。

在变形热影响区,焊接过程引起长晶粒的弯曲和轻微的重结晶,焊接热循环使得此区的退火过程发生得早一些,而且时间较长,对于时效强化的合金,这一区域的硬度最低。焊核区的微观结构是明显的等轴晶粒,并且非常细小,晶粒尺寸取决于所焊合金及焊接过程,但普遍比10级还要小,焊核区的硬度比时效强化和加工硬化的母材要低,但对于5083—O合金,其硬度比母材稍高一些,而在O和H321状态下,可以得到同样的硬度。
1.3 搅拌摩擦焊的优缺点
搅拌摩擦焊是一种固相连接工艺,焊接铝合金同熔焊相比,有突出的优点:焊前不需要开V型或U型坡口及复杂的焊前准备;焊后试件的变形和内应力特别小;焊接过程中没有辐射、飞溅及危害气体的产生;焊接接头性能优良,焊缝中无裂纹、气孔及缩孔等缺陷,并可实现全方位焊。搅拌摩擦焊最主要的优点是可进行熔焊无法焊接的高强铝合金的连接。
搅拌摩擦焊也存在一些不足,如焊速比熔焊慢、焊接时焊件必须夹紧、还需要垫板、焊后焊缝上留有锁眼等。目前由于搅拌头特型指棒材料所限,搅拌摩擦焊仅用于铝合金产品的连接。最近已有报道,英国焊接研究所正在开展钛合金搅拌摩擦焊的工艺研究。
2 目前搅拌摩擦焊的应用及发展前景
搅拌摩擦焊一出现,就得到航空界的青睐,此项专利技术在英国焊接研究所提出后,由瑞典ESAB公司按许可证制造了专用焊接设备——Superstir搅拌摩擦焊机,并用于实际零件的焊接。搅拌摩擦焊技术已在欧美航空、航天制造业中开始应用。美国著名的宇航公司争相购买搅拌摩擦焊的专利许可证,开发、应用搅拌摩擦焊技术。波音公司已将搅拌摩擦焊技术成功地用于低温下工作的铝合金薄壁压力容器,完成了纵向焊缝和环向焊缝的对接,麦道公司也已将这种方法用于Detle运载火箭的推进剂贮箱的制造。
与氩弧焊相比,同一种铝合金的搅拌摩擦焊的接头强度高15%~200%,延伸率高一倍,断裂韧度高300%,接头区为锻造的细晶区。此外,工件焊后变形小,焊缝中残余应力低。由于它为固相连接,可焊接熔焊无法连接的高强铝合金,而且,随着材料中的合金元素增多,熔焊方法将很难适用,采用搅拌摩擦焊技术进行连接的优势日渐突出,可以说,搅拌摩擦焊技术在航空、航天领域的应用,将会不断扩大。
(摘自《先进制造与材料应用技术》1998年第5期)
中心与重点行业用户进行技术交流[图文]
中国搅拌摩擦焊中心二级许可会员培训剪影[图文]
第一届TWI FSW 专业技术培训于北京圆满结束[图文]
我中心参加埃森焊接展[图文]
英国焊接研究所搅拌摩擦焊技术培训在京举行
我中心将参加第十届埃森展览会(上海)
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拌摩擦焊视频、焊接样件图片。
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    搅拌摩擦焊是一种固相连接技术,采用该方法焊接时材料不熔化,因此不会产生气孔、夹渣、裂纹等缺陷,并且焊接过程中无需保护气和填充材料,焊后残余变形小、残余应力低,接头为细晶锻造组织,机械性能优良,无弧光、噪音、射线等污染,被誉为“最为革命性的焊接技术”。目前,已经在航空、航天、船舶、建筑、交通等行业获得了广泛的应用。






富士重工铝合金搅拌摩擦焊技术军用[图文]
PE板的搅拌摩擦焊[图文]
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 中国搅拌摩擦焊中心(北京赛福斯特技术有限公司)成立以来,致力于搅拌摩擦焊设备的开发和制造,已经为高校、研究院所、工厂企业等不同类型的用户研发出4个系列、不同规格的焊接设备,并已经成功交付使用。

悬臂式搅拌摩擦焊机(DB系列)
可焊材料:铝合金、镁合金
可焊厚度(mm):1-5,3-10,3-15,3-20
焊缝形式:纵向直缝、T型焊缝、环焊缝
焊接速度:300mm/min,500mm/min
可焊尺寸:直径<2200mm,长度<15米
控制方式:3轴数控
其他:包括焊接夹具

C型纵、环缝搅拌摩擦焊机(C系列)
可焊材料:铝合金、镁合金
可焊厚度(mm):1-3、6、10、15
焊缝形式:直线纵缝、平面曲线、环缝
焊接速度:500、800、1200mm/min
控制方式:液显触摸数控
其他:含焊接夹具、配套生产工艺及搅拌头

龙门式搅拌摩擦焊机(LM系列)
可焊材料:铝合金、镁合金
可焊厚度(mm):1-5,3-10,3-15,3-20
焊缝形式:纵向直缝、T型焊缝、环焊缝
焊接速度:300mm/min,500mm/min,800mm/min
可焊尺寸:800×600,1200×1800,1500×1000mm
控制方式:4轴3联动数控
其他:包括焊接夹具

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不熔化也能实现焊接吗?
为什么有的搅拌摩擦焊接头组织比 母材组织还要好?
搅拌摩擦焊的效率高吗?
FSW设备与熔焊设备有何异同?
为什么采用FSW会降低制造成本?
FSW技术成熟吗?
FSW是不是只能焊铝合金?
使用FSW为什么要获得许可?
我应该购买哪一种许可?
我从哪里可以购买到FSW设备?
我怎么知道我的产品是不是适合采用FSW焊接?
购买设备后,我还要不要自己进行工艺开发?
中国搅拌摩擦焊中心可不可以为我免费做一些前期可行性论证试验?
了解更多的FSW FAQ >>>
搅拌摩擦焊专利
    中国搅拌摩擦焊中心全权代表英国焊接研究所(TWI)发放在中国市场(包括:香港、澳门以及台湾)的搅拌摩擦焊专利技术专利许可,并且监督和管理搅拌摩擦焊专利技术在中国市场的推广和应用。凡是中国市场(包括:香港、澳门以及台湾)内的机构、单位、企业、公司和个人,只要对搅拌摩擦焊技术感兴趣,并且能够遵守有关搅拌摩擦焊专利许可的协议,就可以申请搅拌摩擦焊专利许可。
目前的二级许可用户名录:
 西工大刘金合
 南昌航院柯黎明
 清华大学史清宇
 天津大学杨新岐
 解放军**05工厂
 哈尔滨工业大学
 华东船舶工业学院
 常州轨道车辆牵引技术研究中心
 兰州理工大学
 西安固本科技实业有限公司
 湖北三江航天集团某机械厂
 航天科工集团二院某部
 南京晨光集团
 中科院金属研究所
 北京科技大学
 湖南工业高级技工学校








   
   

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所以首先要绕过的就是技术专利问题,否则很危险
自己掌握技术自己使用问题不大,但如果使用该技术生产装备设备出售就可能有问题。只是可能。