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焊接技术

搅拌摩擦焊技术(五)-搅拌摩擦焊的应用

时间:2015-04-01 12:01:04   作者:   来源:   阅读:3097   评论:0

    搅拌摩擦焊经历十几年的研究发展,已经进入工业化应用阶段。搅拌摩擦焊在美国的宇航工业、欧洲的船舶制造工业、日本的高速列车制造等制造领域得到了非常成功的应用。

    船舶制造和海洋工业是搅拌摩擦焊首先获得应用的领域,主要应用于船舶零部件的焊接上,如甲板、侧板、防水壁板和地板; 还有船体外壳和主体结构件等。已成功焊接了6m ×16m的大型铝合金船甲板。此甲板采用厚度甲板6mm、宽为200-400mm的6082-T6铝合金进行纵逢拼焊焊成。

    在航空制造方面,搅拌摩擦焊在飞机制造领域的开发和应用还处于试验阶段。主要利用FSW实现飞机蒙皮和衍梁、筋条、加强件之间的连接,以及框架之间的连接。图2-32 是欧洲计划用搅拌摩擦焊焊接的空中列车A319机、A321机和大型空中列车A380的机身结构图。

搅拌摩擦焊技术(五)-搅拌摩擦焊的应用

图2-32 搅拌摩擦焊焊接的空中列车

机身结构(图中箭头所指) 

在航天领域,搅拌摩擦焊已经成功应用在火箭和航天飞机助推燃料筒体的纵向对接焊缝和环向搭接接头的焊接,如图2-33 所示。用ESAB公司生产的称为SuperStir的搅拌摩擦焊机焊接了直径2.4m、板厚22.2mm、型号为2014-T6铝合金δ火箭燃料筒的纵缝,与MIG焊相比,搅拌摩擦焊缺陷率很低,MIG焊焊缝长832cm出现一个缺陷,而搅拌摩擦焊焊缝长7620cm出现一个缺陷,相当MIG焊的1/10。最近在δⅣ火箭中搅拌摩擦焊焊接的1200m长焊缝中无任何缺陷出现。

搅拌摩擦焊技术(五)-搅拌摩擦焊的应用

图2-33 搅拌摩擦焊焊接的

运载火箭低温燃料筒 

    在铁道车辆中,搅拌摩擦焊已经用来制造高速列车、货车车厢、地铁车厢和有轨电车等;搅拌摩擦焊为汽车轻合金结构的制造也提供了巨大的可能。图2-34为高速列车用结构25m长的搅拌摩擦焊焊缝。

搅拌摩擦焊技术(五)-搅拌摩擦焊的应用

图2-34 日本新干线高速列车结构

在建筑工业方面,采用搅拌摩擦焊焊接了蜂窝状结构的大型地面。面板厚为2.5mm、翅板厚为5mm、中心高为100mm,焊接规范为搅拌头转速1500rpm,焊接速度250 mm/min。此外,搅拌摩擦焊在铝合金桥梁和铝合金、镁合金、铜合金的装饰板的制造中获得了应用。

    在电子工业方面,搅拌摩擦焊已用于大型铝合金散热片的焊接,使散热片具有很好的热性能和耐振动特性。

    铜的熔点和热传导率比铝高,铜及铜合金采用一般熔焊方法也是极困难的。在欧洲用搅拌摩擦焊制作了大型铜容器,用来储藏高能放射性物质,将盖和筒体焊接在一起,熔深为58mm,搅拌头的肩部直径为60mm,接头附近的温度高达750℃。与非真空电子束焊相比,非真空电子束焊的焊速为254mm/min,而搅拌摩擦焊为100.4mm/min,焊速较慢,但没增加热输入,所以能满足要求。

    为了实现搅拌摩擦焊的三维空间焊接,应积极研制和开发机器人搅拌摩擦焊,因受机器人臂的刚性和载荷能力的限制,目前有报道开发了缺陷修补的机器人搅拌摩擦焊。采用3kw的马达作为搅拌头的驱动,机器人臂载荷限制在150kg,搅拌头的转速为1000~1600rpm,焊速350mm/min。采用机器人搅拌摩擦焊焊接了6061-T6铝合金,接头强度为230Mpa,修补焊缝的强度为225 Mpa,其机械性能达到母材的55%~60%。

    随着人们对搅拌摩擦焊技术认识的提高,预计在不远的将来,铝合金材料的连接将主要由搅拌摩擦焊来完成,尤其在运载火箭、高速铝合金列车、铝合金高速快艇、全铝合金汽车等项目中搅拌摩擦焊技术将会占到主导地位。


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