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高效焊接方法大作业搅拌摩擦焊激光电弧复合焊接技术在工业中的应用高效焊接方法在工业领域中的应用一、搅拌摩擦焊在飞机制造工业中的应用世界范围的航宇工业正在探索扩大搅拌摩擦焊技术在飞机、喷气发动机和空间飞行器上的广泛应用, 为飞机制造业提供一个根本性的变化。经过多年研究,目前搅拌摩擦焊可以焊接厚度为1~ 75 mm的铝合金材料, 焊接速度从5 mm/ min提高到12 000 mm/ min。国内外公布的研究数据表明(图1) , 搅拌摩擦焊接头的多项机械性能基本接近或优于母材。接头外观平整,性能优良; 焊接过程无熔化、飞溅、烟尘、弧光, 低变形,不需要添丝和保护气体。搅拌摩擦焊是一种高效、节能、环保型的新型连接技术。搅拌摩擦焊在飞机制造中的优越性图1 6082 铝合金拉伸和塑性机械性能搅拌摩擦焊技术从制造成本、重量和连接质量的角度考虑具有显著的优越性例如, 在飞机上的应用可以减少零件数量和库存, 降低装配费用, 减少设计成本, 减少维修费用等; 同时搅拌摩擦焊代替铆接可以降低接头重量; 对于给定的应力水平而言, 搅拌摩擦焊可以消除铆接和螺接的紧固孔引起的应力集中, 提高飞机的疲劳性能和所必需的安全检验阈值以及时间间隔; 消除板- 板对接连接中的结合面, 防止潮湿介质的入侵和腐蚀; 消除不同材料紧固连接需要的紧固件和可能的电势腐蚀作用; 免去密封介质和局部材料保护等。降低系统制造成本搅拌摩擦焊技术为轻型铝合金结构的低成本、无紧固件的可靠连接提供了可能性, 而且已经在航宇飞行器的制造过程中的成本控制上得到突破性进展。目前飞机制造中零部件的装配连接使用了大量的铆接和螺栓连接结构, 如在空中客车A340飞机上使用了超过100万个铆钉。如果用搅拌摩擦焊接代替铆接,一方面搅拌摩擦焊具有比铆接更快的制造速度( 因为搅拌摩擦焊准备简单, 装配方便, 操作程序少, 焊接速度快) ; 另一方面搅拌摩擦焊不需要添丝, 不需要对接束缚条, 不需要加强板, 不需要粘接密封介质, 没有紧固铆钉和高锁, 在减少制造过程库存零部件的同时, 大大减轻了飞机连接装配的重量。搅拌摩擦焊在航宇飞行器上的一个成功应用是波音公司的Delta型运载火箭铝合金燃料筒体的焊接, Delta型运载火箭于1999 年8月实现首次空间飞行。搅拌摩擦焊作为一种低成本的制造技术, 用来代替气体保护熔化焊接( GMAW 和APPW) , 大幅度降低了系统费用; 同时使单个燃料筒体的制造周期由原来的23d, 缩短为6d。2 提高飞机制造效率传统的飞机结构多为机械连接的装配方法, 零件多, 速度慢, 制造步骤复杂, 不容易实现生产装配自动化。但搅拌摩擦焊技术在飞机制造领域的应用, 可使飞机高成本、大件加工、机械连接方式变为低成本、小件焊接、整体成型结构方式, 有效提高了飞机制造装配的效率, 缩短了飞机零、部件的制造装配周期。另外, 搅拌摩擦焊技术对硬件要求较低, 完全可以通过对传统机床设备的改造, 或在现有机械设计和加工能力的基础上完成。而且焊接过程没有飞溅、电弧等强烈的电磁干扰, 易于实现过程数字控制和生产自动化。目前国外公司已经在数控多坐标铣床和焊接机器人系统上应用搅拌摩擦焊技术, 实现搅拌摩擦焊的变截面或空间曲线轨迹的焊接。波音公司已经成功地实现了复杂结构的飞机门的曲线搅拌摩擦焊焊接; 另外在战斗机的裙翼上成功地实现了薄板T 形接头的搅拌摩擦焊连接, 并且进行了相关飞行测试。3 提供新的飞机结构设计可能性搅拌摩擦焊不仅能在普通材料上得到优良的接头, 而且在以前所谓的“难焊”和“不可焊接”铝合金材料上也能实现可靠连接, 例如可以在1420, 2024,2195, 2524, 6013, 6056, 7075, AlMgSc等多种航宇合金材料上得到固相连接。同时，由于搅拌摩擦焊技术的特殊性, 不同金属合金材料例如2524 和7349, 6065 和1424, 6061 和2024等, 也能得到可靠的焊接。图2示出了异种材料的搅拌摩擦焊接头。对于从1 mm 到75 mm不同厚度的金属材料, 基于搅拌摩擦焊不存在熔化过程, 所以也能得到优良的固相连接。另外虽然原始材料的生产准备状态不同, 但是搅拌摩擦焊可以实现板材件、挤压型材件以及预成型件的焊接。英国焊接研究所已经成功地把锻压板材件用搅拌摩擦焊的方法和铸态零件焊接在一起。下图所示,同时得到非常优异的接头机械性能。搅拌摩擦焊技术为飞机结构设计中新材料、新结构的应用提供了更多的选择性和可能性。搅拌摩擦焊在飞机上的典型应用基于搅拌摩擦焊在制造、装配生产中的诸多优越性, 虽然这种连接技术的发明时间不长, 但在新型火箭、船舶、高速列车、汽车等领域已经得到成功应用。同时, 在飞机制造领域, 新材料、新工艺的应用也是提高飞机性能、降低制造成本的一种有效途径,