攪拌摩擦焊技術(五)-攪拌摩擦焊的應用

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攪拌摩擦焊技術(五)-攪拌摩擦焊的應用簡介
    攪拌摩擦焊經歷十幾年的研究發展,已經進入工業化應用階段。攪拌摩擦焊在美國的宇航工業、歐洲的船舶製造工業、日本的高速列車製造等製造領域得到了非常成功的應……
攪拌摩擦焊技術(五)-攪拌摩擦焊的應用正文

    攪拌摩擦焊經歷十幾年的研究發展,已經進入工業化應用階段。攪拌摩擦焊在美國的宇航工業、歐洲的船舶製造工業、日本的高速列車製造等製造領域得到了非常成功的應用。

    船舶製造和海洋工業是攪拌摩擦焊首先獲得應用的領域,主要應用於船舶零部件的焊接上,如甲板、側板、防水壁板和地板; 還有船體外殼和主體結構件等。已成功焊接了6m ×16m的大型鋁合金船甲板。此甲板採用厚度甲板6mm、寬為200-400mm的6082-T6鋁合金進行縱逢拼焊焊成。

    在航空製造方面,攪拌摩擦焊在飛機製造領域的開發和應用還處於試驗階段。主要利用FSW實現飛機蒙皮和衍梁、筋條、加強件之間的連接,以及框架之間的連接。圖2-32 是歐洲計劃用攪拌摩擦焊焊接的空中列車A319機、A321機和大型空中列車A380的機身結構圖。

圖2-32 攪拌摩擦焊焊接的空中列車

機身結構(圖中箭頭所指) 

在航天領域,攪拌摩擦焊已經成功應用在火箭和太空梭助推燃料筒體的縱向對接焊縫和環向搭接接頭的焊接,如圖2-33 所示。用ESAB公司生產的稱為SuperStir的攪拌摩擦焊機焊接了直徑2.4m、板厚22.2mm、型號為2014-T6鋁合金δ火箭燃料筒的縱縫,與MIG焊相比,攪拌摩擦焊缺陷率很低,MIG焊焊縫長832cm出現一個缺陷,而攪拌摩擦焊焊縫長7620cm出現一個缺陷,相當MIG焊的1/10。最近在δⅣ火箭中攪拌摩擦焊焊接的1200m長焊縫中無任何缺陷出現。

圖2-33 攪拌摩擦焊焊接的

運載火箭低溫燃料筒 

    在鐵道車輛中,攪拌摩擦焊已經用來製造高速列車、貨車車廂、地鐵車廂和有軌電車等;攪拌摩擦焊為汽車輕合金結構的製造也提供了巨大的可能。圖2-34為高速列車用結構25m長的攪拌摩擦焊焊縫。

圖2-34 日本新幹線高速列車結構

在建築工業方面,採用攪拌摩擦焊焊接了蜂窩狀結構的大型地面。面板厚為2.5mm、翅板厚為5mm、中心高為100mm,焊接規範為攪拌頭轉速1500rpm,焊接速度250 mm/min。此外,攪拌摩擦焊在鋁合金橋樑和鋁合金、鎂合金、銅合金的裝飾板的製造中獲得了應用。

    在電子工業方面,攪拌摩擦焊已用於大型鋁合金散熱片的焊接,使散熱片具有很好的熱性能和耐振動特性。

    銅的熔點和熱傳導率比鋁高,銅及銅合金採用一般熔焊方法也是極困難的。在歐洲用攪拌摩擦焊製作了大型銅容器,用來儲藏高能放射性物質,將蓋和筒體焊接在一起,熔深為58mm,攪拌頭的肩部直徑為60mm,接頭附近的溫度高達750℃。與非真空電子束焊相比,非真空電子束焊的焊速為254mm/min,而攪拌摩擦焊為100.4mm/min,焊速較慢,但沒增加熱輸入,所以能滿足要求。

    為了實現攪拌摩擦焊的三維空間焊接,應積極研製和開發機器人攪拌摩擦焊,因受機器人臂的剛性和載荷能力的限制,目前有報道開發了缺陷修補的機器人攪拌摩擦焊。採用3kw的馬達作為攪拌頭的驅動,機器人臂載荷限制在150kg,攪拌頭的轉速為1000~1600rpm,焊速350mm/min。採用機器人攪拌摩擦焊焊接了6061-T6鋁合金,接頭強度為230Mpa,修補焊縫的強度為225 Mpa,其機械性能達到母材的55%~60%。

    隨著人們對攪拌摩擦焊技術認識的提高,預計在不遠的將來,鋁合金材料的連接將主要由攪拌摩擦焊來完成,尤其在運載火箭、高速鋁合金列車、鋁合金高速快艇、全鋁合金汽車等項目中攪拌摩擦焊技術將會佔到主導地位。

 

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