外文翻譯--C型攪拌摩擦焊的現(xiàn)狀與發(fā)展.doc

C型攪拌摩擦焊的現(xiàn)狀與發(fā)展1前言1991年,英國焊接研究所（TheWeldingInstitute-TWI）發(fā)明了攪拌摩擦焊（FrictionStirWelding-FSW），這項杰出的焊接技術發(fā)明正在為世界制造技術的進步做出貢獻。在國外,攪拌摩擦焊已經(jīng)在諸多制造領域達到規(guī)?；⒐I(yè)化的應用水平。如在船舶制造領域，在1996年攪拌摩擦焊就在挪威MARINE公司成功地應用在鋁合金快速艦船的甲板、側(cè)板等結構件的流水線制造。在軌道車輛制造領域，日本HITACHI公司首先于1997年將攪拌摩擦焊技術應用于列車車體的快速低成本制造，成功實現(xiàn)了大壁板鋁合金型材的工業(yè)化制造。在世界宇航制造領域，攪拌摩擦焊已經(jīng)成功代替熔焊實現(xiàn)了大型空間運載工具如運載火箭和航天飛機等的大型高強鋁合金燃料貯箱的制造，波音公司的DELTAII型和IV型火箭已經(jīng)全部實現(xiàn)了攪拌摩擦焊制造，并于1999年首次成功發(fā)射升空。2000年世界汽車工業(yè)，如美國TOWER汽車公司等就利用攪拌摩擦焊實現(xiàn)了汽車懸掛支架、輕合金車輪、防撞緩沖器、發(fā)動機安裝支架以及鋁合金車身的焊接。2002年8月，美國月蝕航空公司利用FSW技術研制出了全攪拌摩擦焊輕型商用飛機，并且首次試飛成功。2攪拌摩擦焊的技術特點攪拌摩擦焊作為一項新型焊接方法，用很短的時間就完成了從發(fā)明到工業(yè)化應用的歷程。目前,在國際上還沒有針對攪拌摩擦焊公布的統(tǒng)一技術術語標準，在攪拌摩擦焊專利許可協(xié)會的影響下，業(yè)界已經(jīng)對攪拌摩擦焊方法中所涉及到的通用技術術語進行了定義和認可。下圖示出了攪拌摩擦焊所用到的主要描述性術語。攪拌摩擦焊是一種在機械力和摩擦熱作用下的固相連接方法。如圖1所示，攪拌摩擦焊過程中，一個柱形帶特殊軸肩和針凸的攪拌頭旋轉(zhuǎn)著緩慢插入被焊接工件，攪拌頭和被焊接材料之間的摩擦剪切阻力產(chǎn)生了摩擦熱，使攪拌頭鄰近區(qū)域的材料熱塑化（焊接溫度一般不會達到和超過被焊接材料的熔點），當攪拌頭旋轉(zhuǎn)著向前移動時，熱塑化的金屬材料從攪拌頭的前沿向后沿轉(zhuǎn)移，并且在攪拌頭軸肩與工件表層摩擦產(chǎn)熱和鍛壓共同作用下，形成致密固相連接接頭。攪拌摩擦焊具有適合于自動化和機器人操作的諸多優(yōu)點，對于有色金屬材料（如鋁、銅、鎂、鋅等）的連接,在焊接方法、接頭力學性能和生產(chǎn)效率上具有其他焊接方法無可比擬的優(yōu)越性，它是一種高效、節(jié)能、環(huán)保型的新型連接技術。但是攪拌摩擦焊也有其局限性，例如：焊縫末尾通常有匙孔存在（目前已可以實現(xiàn)無孔焊接）；焊接時的機械力較大，需要焊接設備具有很好的剛性；與弧焊相比,缺少焊接操作的柔性；不能實現(xiàn)添絲焊接。攪拌摩擦焊對材料的適應性很強，幾乎可以焊接所有類型的鋁合金材料，由于攪拌摩擦焊接過程較低的焊接溫度和較小的熱輸入，一般攪拌摩擦焊接頭具有變形小、接頭性能優(yōu)異等特點；可以焊接目前熔焊“不能焊接”和所謂“難焊”的金屬材料如：Al-Cu(2xxx系列)、Al-Zn(7xxx系列)和Al-Li(如8090、2090和2195鋁合金)等鋁合金。另外，攪拌摩擦焊對于鎂合金、鋅合金、銅合金、鉛合金以及鋁基復合材料等材料的板狀對接或搭接的連接也是優(yōu)先選擇的焊接方法；目前，攪拌摩擦焊還成功地實現(xiàn)了不銹鋼、鈦合金甚至高溫合金的優(yōu)質(zhì)連接。攪拌摩擦焊可以較容易實現(xiàn)異種材料的連接，例如鋁合金和不銹鋼的攪拌摩擦焊接，利用攪拌摩擦焊可以較方便的實現(xiàn)鋁鋼板材之間的連接和銅鋁復合焊接接頭。3攪拌摩擦焊在國外的發(fā)展攪拌摩擦焊作為一種輕合金材料連接的優(yōu)選焊接技術，已經(jīng)從技術研究，邁向高層次的工程化和工業(yè)化應用階段,形成了一個新的產(chǎn)業(yè):攪拌摩擦焊設備的制造、攪拌摩擦焊產(chǎn)品的加工.如在美國的宇航制造工業(yè)、北歐的船舶制造工業(yè)、日本的高速列車制造等制造領域，攪拌摩擦焊得到了廣泛的應用,均已形成新興產(chǎn)業(yè)。4激光輔助攪拌摩擦焊激光輔助攪拌摩擦焊（LAFSW）是一種新改進的攪拌摩擦焊，攪拌摩擦焊是近10年開發(fā)的工藝。在攪拌摩擦焊里，焊接熱能是來自工具和工件之間摩擦熱量。由于這種工藝需要相對大的力，因此，在攪拌摩擦焊中使用的設備笨重且昂貴。激光輔助攪拌摩擦焊用激光能源加熱工件，而攪拌頭的主要作用是攪拌和連接工件2部分。由于這種原因，激光輔助攪拌摩擦焊是一種相對簡單和廉價的方法。為了克服攪拌摩擦焊中存在的不足，如（1）裝夾焊接工件的夾具較大，需要很大的力向前移動焊接工具，焊接工具磨損率相對高；（2）用感應線圈方法加熱不能保證正確的位置、焊接攪拌頭和夾具裝置都受到加熱感應線圈的影響及用感應線圈作媒介加熱及僅適用于導體材料，并不能用于其他非金屬和非導體材料。人們開發(fā)了的激光輔助攪拌摩擦焊。這種方法由通用銑床和Nd：YAG激光器改造成的。激光能源在旋轉(zhuǎn)攪拌頭前面有限范圍內(nèi)預熱工件。這樣，旋轉(zhuǎn)的攪拌頭前面的工件體積、塑性增加（插圖1）。然后，采用與普通FSW工藝一樣的方法連接工件。旋轉(zhuǎn)工具前面的高溫軟化了工件，并且可以不用強大夾具裝夾就能夠保證連接。向前移動焊接工具只需很小的力，所以減少了磨損。對于激光能源這種工藝的優(yōu)點還有焊接能力較高，焊接中不會引起過多的磨損。商業(yè)用的激光器，具有很精確地激光直徑控制裝置，因此，控制工件的受熱區(qū)域和激光源到達工件的數(shù)量，并且保持系統(tǒng)的其他部位的受熱是比較容易的。目前激光輔助攪拌摩擦焊的焊接工藝已經(jīng)被證明。激光能預熱工件的使用標志著在焊接工具和工件中需要提供較大的力的降低，用這種改進的方法簡化了使用，因此使用經(jīng)濟的焊接方法已成為可能。另外，較高的焊接速度在改進中獲得了較好的效益。5攪拌摩擦焊鑄鋁的高效連接技術針對ZL114A合金廣泛應用，中國攪拌摩擦焊中心對該材料的攪拌摩擦焊工藝適應性進行了開發(fā)，試驗數(shù)據(jù)表明，該材料的攪拌摩擦焊工藝適應性良好，接頭抗拉強度達到了母材的91%，接頭力學綜合性能優(yōu)于電子束等熔焊方法。ZL114A合金（舊牌號為ZAlSi7Mg1A），是在ZL101A合金基礎上增加Mg元素的含量發(fā)展起來的Al-Si-Mg系高強度鑄造鋁合金。它既具有優(yōu)良的鑄造工藝性能，又具有較ZL101A合金更高的力學性能。由于其優(yōu)越特性，在航空航天制造業(yè)中，廣泛用于制造重要部位的大型薄壁結構件。ZL114A合金應用前景廣闊，產(chǎn)生了對材料高效連接技術的迫切需求。因采用熔焊方法，熱輸入量較大，焊接變形大，難以滿足薄壁件精度要求；并且焊縫易出現(xiàn)氣孔、夾渣、未焊透、燒穿、裂紋等缺陷，缺陷率高；而且焊前焊后處理工序較繁瑣。攪拌摩擦焊是一種新興的金屬固相連接技術，金屬在焊接過程中不熔化，熱輸入量??；焊縫的連接是在金屬受擠壓的狀態(tài)下完成的，焊接接頭不會產(chǎn)生熔化焊焊接接頭的氣孔和裂紋等一類缺陷，焊縫缺陷少；攪拌摩擦焊類似于機械加工過程，容易實現(xiàn)自動化控制，而且沒有熔化焊中的電壓，電流，強光，金屬粉塵等現(xiàn)象，工作環(huán)境環(huán)保清潔。最重要的是，攪拌摩擦焊接頭的力學性能優(yōu)于熔焊接頭。試驗數(shù)據(jù)表明焊接接頭的抗拉強度達到了母材的91，試樣延伸率達到了2.5，接頭組織晶粒細化、均勻而致密，消除了母材的鑄造缺陷。ZL114A母材與焊接接頭微觀組織對比，可觀察到焊核區(qū)微觀組織是無方向性的、細小的等軸晶粒，母材區(qū)為粗大的樹枝狀鑄造組織。攪拌摩擦焊是一種區(qū)別于熔化焊和機械連接的新型焊接技術，基于其技術優(yōu)勢，在航空制造業(yè)中的應用具有巨大的潛在性，為各種輕質(zhì)合金高效連接，提供了解決途徑和方法。6攪