鋁合金攪拌摩擦焊技術研究進展

CASC鋁合金攪拌摩擦焊技術研究進展2022/11/91報告提綱一、攪拌摩擦焊技術特點二、國外攪拌摩擦焊技術發(fā)展與應用三、航天八院攪拌摩擦焊技術發(fā)展與應用四、航天八院攪拌摩擦焊技術發(fā)展方向五、致謝2022/11/92一、攪拌摩擦焊技術特點2022/11/93一、優(yōu)點：1、與數(shù)控技術無縫集成；2、優(yōu)質、綠色、高效、低成本、節(jié)能；3、低應力、近無變形；4、焊前/焊后處理簡單。二、缺點：1、裝備專用性強；2、零件精度和裝配精度要求高。2022/11/94FSW-MIG焊接變形比較2022/11/95與TIG焊變形比較（鋁合金試件）2022/11/96機床焊接過程類似于銑床加工，需要對接板件壓緊；不需要傳統(tǒng)焊工的技術等級培訓；自動化焊接過程；噪音低，無污染；2022/11/97鋁合金系列CuotherMnSiMgZn1xxx3xxx5xxx4xxx6xxx7xxx2xxx8xxx熱處理強化非熱處理強化焊接性良好焊接性差熔化焊攪拌摩擦焊焊接工藝適應性好-全系列鋁合金2022/11/98二、國外FSW技術發(fā)展與應用船舶和海洋工業(yè)：快艇、游船等的甲板、側板、防水隔板、船體外殼、主體結構件、直升機平臺、離岸水上觀測站、船用冷凍器、帆船桅桿和結構件。航天：運載火箭燃料貯箱、發(fā)動機承力框架、鋁合金容器、航天飛機外貯箱、載人返回艙等。航空：飛機蒙皮、衍條、加強件之間連接、框架連接、飛機壁板和地板連接、飛機門預成形結構件、起落架倉蓋、外掛燃料箱。車輛工業(yè)：高速列車、軌道貨車、地鐵車廂、輕軌電車。汽車工業(yè)：汽車發(fā)動機引擎、汽車底盤支架、汽車輪鼓、車門預成形件、車體框架、升降平臺、燃料箱、逃生工具等。其他工業(yè)：發(fā)動機殼體、冰箱冷卻板、電器分封裝、天然氣、液化氣貯箱、輕合金容器、家庭裝飾、鎂合金制品等。2022/11/992.1船舶工業(yè)2022/11/9102022/11/911航空工業(yè)2022/11/9122022/11/9132022/11/914航天工業(yè)2022/11/915推進劑貯箱縱縫2022/11/916DeltaⅣ火箭貯箱—FSW+VPPA2022/11/917攪拌摩擦焊在航天工業(yè)上的應用：波音波音公司“德爾塔IV”系列運載火箭Delta2火箭發(fā)射From2022/11/918波音公司應用經(jīng)驗1、低成本（總費用節(jié)省60%）、高效（制造周期從23天減少到6天），生產(chǎn)當量由以前的8~17枚/年提高到95枚/年；2、降低缺陷概率：由1/838.2mm降到1/7620mm；3、減少焊前/焊后化學處理和熱處理；4、不需要添焊絲、焊料、保護氣；5、靜態(tài)拉伸強度、斷裂強度和疲勞增加30~50%（常溫和低溫）。2022/11/919國外FSW技術應用-外貯箱（洛·馬公司）6條8mm厚縱縫2條變截面縱縫（8~16.5mm）2022/11/920攪拌摩擦焊在航天工業(yè)上的應用：Fokker歐洲FokkerSpace公司用FSW焊接Ariane5發(fā)動機主承力框2022/11/921全攪拌摩擦焊的H-2B火箭貯箱2022/11/922軌道交通2022/11/9232022/11/924兵器工業(yè)2022/11/925電子工業(yè)2022/11/926相控陣雷達基板2022/11/927電力工業(yè)2022/11/9282022/11/929汽車工業(yè)2022/11/9302022/11/931三、八院攪拌摩擦焊技術發(fā)展與應用1、掌握攪拌頭結構選材和外形設計2、研制攪拌摩擦焊工藝裝備3、制定攪拌摩擦焊技術標準4、研究確定攪拌摩擦焊接頭缺陷有效檢測手段5、攪拌摩擦焊工程應用實踐構建完整的攪拌摩擦焊技術體系，服務于型號產(chǎn)品科研生產(chǎn)2022/11/932航天八院攪拌摩擦焊技術發(fā)展思路一、以人為本、自主創(chuàng)新。通過工藝研究與實踐，突破攪拌頭設計與制造技術，掌握工藝機理、工藝特性和工藝優(yōu)化方法；二、內(nèi)引外聯(lián)、優(yōu)勢互補。與協(xié)作單位精誠合作研制可靠的工藝裝備，推動數(shù)控攪拌摩擦焊技術的工程化應用研究；三、自主創(chuàng)新為主、協(xié)作創(chuàng)新為輔。在FSW技術標準、推進劑貯箱箱底FSW工裝工藝、無傾角攪拌頭、雙軸肩自支撐攪拌頭等方面，以我為主、自主創(chuàng)新，積極推動攪拌摩擦焊技術體系建設和工成應用；四、依托八院特種焊接技術中心和型號研制需求，在國防科工委、總裝備部和集團公司的領導、關心和支持下，打造華東地區(qū)攪拌摩擦焊工程應用中心，推動國防科工委特種焊接技術研究應用中心建設，落實國防科工委關于“強化基礎、提升能力、引領發(fā)展”的“十一五”工藝發(fā)展戰(zhàn)略。2022/11/933八院FSW技術發(fā)展目標立足八院、領先集團、面向華東、打造一流。依托八院特種焊接技術中心，通過自主開發(fā)、協(xié)作創(chuàng)新、持續(xù)改進和推廣應用，建立、完善攪拌摩擦焊技術體系，起到“引領技術發(fā)展，提升工藝水平”的工程應用示范效應；打造華東地區(qū)攪拌摩擦焊技術工程應用中心；上海工業(yè)裝備的發(fā)展提供先進制造技術支撐。2022/11/934階段性成果1、2005.3~2006.10：推進劑貯箱縱縫立式攪拌摩擦焊設備與裝焊工藝；2、2006.8~2007.6：推進劑貯箱箱底數(shù)控多軸攪拌攪拌摩擦焊設備與裝焊工藝；3、2006.10~2007.6：大厚度鋁合金板材攪拌摩擦焊裝備與裝焊工藝；4、2004.11~2006.9：《鋁及鋁合金攪拌摩擦焊通用技術條件》和《鋁及鋁合金攪拌摩擦焊工藝規(guī)范》；5、2004.10~至今：多種規(guī)格系列化攪拌頭（包括無傾角攪拌頭、雙軸肩攪拌頭等特種攪拌頭）；6、2005.6~2006.12：完成新一代運載火箭Φ3350工藝驗證貯箱、循環(huán)預冷貯箱攪拌摩擦焊制造；7、2006.9~2007.11：完成多種鋁合金產(chǎn)品攪拌摩擦焊推廣應用。2022/11/935裝備研制專家把關2022/11/9362022/11/937精誠合作協(xié)作創(chuàng)新2022/11/938領導重視現(xiàn)場指導2022/11/9392022/11/940新一代運載火箭Φ3350工藝驗證貯箱2022/11/941

2006年由八院研究、起草制定的《鋁及鋁合金攪拌摩擦焊通用技術條件》屬于我國航天工業(yè)第一個企業(yè)標準和第一個院級攪拌摩擦焊技術標準，并成功指導了航天八院新一代運載貯箱的研制生產(chǎn)，表明其工程應用成熟度好，對于我國航天工業(yè)攪拌摩擦焊標準的制定具有積極的基礎推動作用。2022/11/942FSW接頭缺陷檢測手段2004.10~2006.11：八院FSW研發(fā)團隊經(jīng)過系統(tǒng)的缺陷機理、特性表征和檢測特征研究，明確了：

1、X射線檢測和著色檢查是FSW接頭最為簡單、直觀、可靠的檢測手段；2、相控陣超聲波檢測作為有效的輔助檢測手段。2022/11/943新一代運載火箭Φ3350循環(huán)預冷貯箱總對接2022/11/944新一代運載火箭Φ3350循環(huán)預冷貯箱2022/11/945系列化攪拌頭2022/11/946厚板焊接用攪拌頭2022/11/947無傾角攪拌頭2022/11/948雙軸肩攪拌頭2022/11/949國內(nèi)第一臺貯箱縱縫立式數(shù)控攪拌摩擦焊設備2022/11/950完成焊接的新一代運載Ф3350貯箱筒段模擬件2022/11/951完成FSW焊接的新一代運載Φ3350貯箱筒段2022/11/952國內(nèi)第一臺貯箱箱底數(shù)控攪拌摩擦焊設備2022/11/953國內(nèi)第一條攪拌摩擦焊瓜瓣縱縫2022/11/954國內(nèi)第一條攪拌摩擦焊瓜瓣縱縫2022/11/955箱底圓環(huán)縱縫攪拌摩擦焊2022/11/956完成攪拌摩擦焊的箱底圓環(huán)2022/11/957國內(nèi)第一臺大尺寸、大厚度鋁合金板材FSW設備2022/11/958大厚度鋁合金板材（FSW對接）2022/11/959兩面多層、多道MIG焊（低效、三廢、高耗能、大變形）2022/11/960兩面多層、多道FSW焊（低效、三廢、高耗能、大變形）2022/11/961兩面兩道FSW焊（效率提高15倍、綠色、節(jié)能、無三廢）2022/11/962工程應用成果1、星用發(fā)動機架攪拌摩擦焊；2、雷達鋁合金冷板攪拌摩擦焊；3、鋁合金散熱器攪拌摩擦焊；4、鋁合金軟連接接頭攪拌摩擦焊；5、大型飛機帶筋壁板。2022/11/963衛(wèi)星發(fā)動機機架FSW工裝2022/11/964電力行業(yè)鋁合金散熱器2022/11/965雷達鋁合金冷板2022/11/966電力行業(yè)鋁合金軟連接組件2022/11/967電力行業(yè)鋁合金軟連接組件2022/11/968LY12（2A12）攪拌摩擦焊焊縫外觀2022/11/969大型飛機帶筋壁板（LY12）2022/11/970大型飛機帶筋壁板（LY12）2022/11/971四、八院FSW技術發(fā)展方向十一五期間，八院進一步深入開展攪拌摩擦焊工程化應用研究工作，建立面向華東地區(qū)的FSW工程應用研究中心，并重點開展以下幾方面的研究工作：1、深入開展貯箱箱底攪拌摩擦焊設備調(diào)試與工程化應用，將其應用于焊接生產(chǎn)；2、研制雙軸肩自支撐攪拌頭，開展貯箱環(huán)縫攪拌摩擦焊工藝預先研究；3、研制無傾角攪拌頭滿足鋁合金散熱器、冷板等二維平面曲線焊縫無缺陷無變形的焊接要求；4、繼續(xù)開發(fā)新型大厚度鋁合金攪拌頭，提高大厚度鋁合金板材的FSW接頭質量和效率；5、持續(xù)推動FSW技術標準、接頭缺陷檢測與質量評定標準的完善研究工作；6、開發(fā)攪拌摩擦焊缺陷等強無變形補焊工藝和攪拌摩擦點焊工藝；7、推進攪拌摩擦焊軍轉民應用項目的開發(fā)。2022/11/972擬開展的攪拌摩擦焊技術課題1、高效、長壽命、系列化攪拌頭選材和設計；2、推進劑貯箱