鋁合金攪拌摩擦焊技術(shù)研究進(jìn)展

CASC鋁合金攪拌摩擦焊技術(shù)研究進(jìn)展2022/11/91報(bào)告提綱一、攪拌摩擦焊技術(shù)特點(diǎn)二、國(guó)外攪拌摩擦焊技術(shù)發(fā)展與應(yīng)用三、航天八院攪拌摩擦焊技術(shù)發(fā)展與應(yīng)用四、航天八院攪拌摩擦焊技術(shù)發(fā)展方向五、致謝2022/11/92一、攪拌摩擦焊技術(shù)特點(diǎn)2022/11/93一、優(yōu)點(diǎn)：1、與數(shù)控技術(shù)無(wú)縫集成；2、優(yōu)質(zhì)、綠色、高效、低成本、節(jié)能；3、低應(yīng)力、近無(wú)變形；4、焊前/焊后處理簡(jiǎn)單。二、缺點(diǎn)：1、裝備專(zhuān)用性強(qiáng)；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(jī)床焊接過(guò)程類(lèi)似于銑床加工，需要對(duì)接板件壓緊；不需要傳統(tǒng)焊工的技術(shù)等級(jí)培訓(xùn)；自動(dòng)化焊接過(guò)程；噪音低，無(wú)污染；2022/11/97鋁合金系列CuotherMnSiMgZn1xxx3xxx5xxx4xxx6xxx7xxx2xxx8xxx熱處理強(qiáng)化非熱處理強(qiáng)化焊接性良好焊接性差熔化焊攪拌摩擦焊焊接工藝適應(yīng)性好-全系列鋁合金2022/11/98二、國(guó)外FSW技術(shù)發(fā)展與應(yīng)用船舶和海洋工業(yè)：快艇、游船等的甲板、側(cè)板、防水隔板、船體外殼、主體結(jié)構(gòu)件、直升機(jī)平臺(tái)、離岸水上觀測(cè)站、船用冷凍器、帆船桅桿和結(jié)構(gòu)件。航天：運(yùn)載火箭燃料貯箱、發(fā)動(dòng)機(jī)承力框架、鋁合金容器、航天飛機(jī)外貯箱、載人返回艙等。航空：飛機(jī)蒙皮、衍條、加強(qiáng)件之間連接、框架連接、飛機(jī)壁板和地板連接、飛機(jī)門(mén)預(yù)成形結(jié)構(gòu)件、起落架倉(cāng)蓋、外掛燃料箱。車(chē)輛工業(yè)：高速列車(chē)、軌道貨車(chē)、地鐵車(chē)廂、輕軌電車(chē)。汽車(chē)工業(yè)：汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)引擎、汽車(chē)底盤(pán)支架、汽車(chē)輪鼓、車(chē)門(mén)預(yù)成形件、車(chē)體框架、升降平臺(tái)、燃料箱、逃生工具等。其他工業(yè)：發(fā)動(dòng)機(jī)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(jìn)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(yīng)用：波音波音公司“德?tīng)査蘒V”系列運(yùn)載火箭Delta2火箭發(fā)射From2022/11/918波音公司應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)1、低成本（總費(fèi)用節(jié)省60%）、高效（制造周期從23天減少到6天），生產(chǎn)當(dāng)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(xué)處理和熱處理；4、不需要添焊絲、焊料、保護(hù)氣；5、靜態(tài)拉伸強(qiáng)度、斷裂強(qiáng)度和疲勞增加30~50%（常溫和低溫）。2022/11/919國(guó)外FSW技術(shù)應(yīng)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(yīng)用：Fokker歐洲FokkerSpace公司用FSW焊接Ariane5發(fā)動(dòng)機(jī)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?yán)走_(dá)基板2022/11/927電力工業(yè)2022/11/9282022/11/929汽車(chē)工業(yè)2022/11/9302022/11/931三、八院攪拌摩擦焊技術(shù)發(fā)展與應(yīng)用1、掌握攪拌頭結(jié)構(gòu)選材和外形設(shè)計(jì)2、研制攪拌摩擦焊工藝裝備3、制定攪拌摩擦焊技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)4、研究確定攪拌摩擦焊接頭缺陷有效檢測(cè)手段5、攪拌摩擦焊工程應(yīng)用實(shí)踐構(gòu)建完整的攪拌摩擦焊技術(shù)體系，服務(wù)于型號(hào)產(chǎn)品科研生產(chǎn)2022/11/932航天八院攪拌摩擦焊技術(shù)發(fā)展思路一、以人為本、自主創(chuàng)新。通過(guò)工藝研究與實(shí)踐，突破攪拌頭設(shè)計(jì)與制造技術(shù)，掌握工藝機(jī)理、工藝特性和工藝優(yōu)化方法；二、內(nèi)引外聯(lián)、優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)。與協(xié)作單位精誠(chéng)合作研制可靠的工藝裝備，推動(dòng)數(shù)控?cái)嚢枘Σ梁讣夹g(shù)的工程化應(yīng)用研究；三、自主創(chuàng)新為主、協(xié)作創(chuàng)新為輔。在FSW技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、推進(jìn)劑貯箱箱底FSW工裝工藝、無(wú)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(dòng)攪拌摩擦焊技術(shù)體系建設(shè)和工成應(yīng)用；四、依托八院特種焊接技術(shù)中心和型號(hào)研制需求，在國(guó)防科工委、總裝備部和集團(tuán)公司的領(lǐng)導(dǎo)、關(guān)心和支持下，打造華東地區(qū)攪拌摩擦焊工程應(yīng)用中心，推動(dòng)國(guó)防科工委特種焊接技術(shù)研究應(yīng)用中心建設(shè)，落實(shí)國(guó)防科工委關(guān)于“強(qiáng)化基礎(chǔ)、提升能力、引領(lǐng)發(fā)展”的“十一五”工藝發(fā)展戰(zhàn)略。2022/11/933八院FSW技術(shù)發(fā)展目標(biāo)立足八院、領(lǐng)先集團(tuán)、面向華東、打造一流。依托八院特種焊接技術(shù)中心，通過(guò)自主開(kāi)發(fā)、協(xié)作創(chuàng)新、持續(xù)改進(jìn)和推廣應(yīng)用，建立、完善攪拌摩擦焊技術(shù)體系，起到“引領(lǐng)技術(shù)發(fā)展，提升工藝水平”的工程應(yīng)用示范效應(yīng)；打造華東地區(qū)攪拌摩擦焊技術(shù)工程應(yīng)用中心；上海工業(yè)裝備的發(fā)展提供先進(jìn)制造技術(shù)支撐。2022/11/934階段性成果1、2005.3~2006.10：推進(jìn)劑貯箱縱縫立式攪拌摩擦焊設(shè)備與裝焊工藝；2、2006.8~2007.6：推進(jìn)劑貯箱箱底數(shù)控多軸攪拌攪拌摩擦焊設(shè)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(shù)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(wú)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(yùn)載火箭Φ3350工藝驗(yàn)證貯箱、循環(huán)預(yù)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(yīng)用。2022/11/935裝備研制專(zhuān)家把關(guān)2022/11/9362022/11/937精誠(chéng)合作協(xié)作創(chuàng)新2022/11/938領(lǐng)導(dǎo)重視現(xiàn)場(chǎng)指導(dǎo)2022/11/9392022/11/940新一代運(yùn)載火箭Φ3350工藝驗(yàn)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(shù)條件》屬于我國(guó)航天工業(yè)第一個(gè)企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和第一個(gè)院級(jí)攪拌摩擦焊技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，并成功指導(dǎo)了航天八院新一代運(yùn)載貯箱的研制生產(chǎn)，表明其工程應(yīng)用成熟度好，對(duì)于我國(guó)航天工業(yè)攪拌摩擦焊標(biāo)準(zhǔn)的制定具有積極的基礎(chǔ)推動(dòng)作用。2022/11/942FSW接頭缺陷檢測(cè)手段2004.10~2006.11：八院FSW研發(fā)團(tuán)隊(duì)經(jīng)過(guò)系統(tǒng)的缺陷機(jī)理、特性表征和檢測(cè)特征研究，明確了：

1、X射線檢測(cè)和著色檢查是FSW接頭最為簡(jiǎn)單、直觀、可靠的檢測(cè)手段；2、相控陣超聲波檢測(cè)作為有效的輔助檢測(cè)手段。2022/11/943新一代運(yùn)載火箭Φ3350循環(huán)預(yù)冷貯箱總對(duì)接2022/11/944新一代運(yùn)載火箭Φ3350循環(huán)預(yù)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(wú)傾角攪拌頭2022/11/948雙軸肩攪拌頭2022/11/949國(guó)內(nèi)第一臺(tái)貯箱縱縫立式數(shù)控?cái)嚢枘Σ梁冈O(shè)備2022/11/950完成焊接的新一代運(yùn)載Ф3350貯箱筒段模擬件2022/11/951完成FSW焊接的新一代運(yùn)載Φ3350貯箱筒段2022/11/952國(guó)內(nèi)第一臺(tái)貯箱箱底數(shù)控?cái)嚢枘Σ梁冈O(shè)備2022/11/953國(guó)內(nèi)第一條攪拌摩擦焊瓜瓣縱縫2022/11/954國(guó)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(guó)內(nèi)第一臺(tái)大尺寸、大厚度鋁合金板材FSW設(shè)備2022/11/958大厚度鋁合金板材（FSW對(duì)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(wú)三廢）2022/11/962工程應(yīng)用成果1、星用發(fā)動(dòng)機(jī)架攪拌摩擦焊；2、雷達(dá)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(jī)帶筋壁板。2022/11/963衛(wèi)星發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)架FSW工裝2022/11/964電力行業(yè)鋁合金散熱器2022/11/965雷達(dá)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(jī)帶筋壁板（LY12）2022/11/970大型飛機(jī)帶筋壁板（LY12）2022/11/971四、八院FSW技術(shù)發(fā)展方向十一五期間，八院進(jìn)一步深入開(kāi)展攪拌摩擦焊工程化應(yīng)用研究工作，建立面向華東地區(qū)的FSW工程應(yīng)用研究中心，并重點(diǎn)開(kāi)展以下幾方面的研究工作：1、深入開(kāi)展貯箱箱底攪拌摩擦焊設(shè)備調(diào)試與工程化應(yīng)用，將其應(yīng)用于焊接生產(chǎn)；2、研制雙軸肩自支撐攪拌頭，開(kāi)展貯箱環(huán)縫攪拌摩擦焊工藝預(yù)先研究；3、研制無(wú)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(wú)缺陷無(wú)變形的焊接要求；4、繼續(xù)開(kāi)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(zhì)量和效率；5、持續(xù)推動(dòng)FSW技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、接頭缺陷檢測(cè)與質(zhì)量評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)的完善研究工作；6、開(kāi)發(fā)攪拌摩擦焊缺陷等強(qiáng)無(wú)變形補(bǔ)焊工藝和攪拌摩擦點(diǎn)焊工藝；7、推進(jìn)攪拌摩擦焊軍轉(zhuǎn)民應(yīng)用項(xiàng)目的開(kāi)發(fā)。2022/11/972擬開(kāi)展的攪拌摩擦焊技術(shù)課題1、高效、長(zhǎng)壽命、系列化攪拌頭選材和設(shè)計(jì)；2、推進(jìn)劑貯箱