先进摩擦焊接技术的开发与应用

先进摩擦焊接技术具有巨大的开发潜力，是适应环境的21世纪材料加工制造技术,它主要包括线性摩擦焊、摩擦堆焊、搅拌摩擦焊和摩擦塞焊。本文综合介绍了上述几种先进摩擦焊接技术的工艺特点及应用发展趋势。     

铝合金推进剂箱体焊接技术及展望

介绍几种先进铝合金箱体焊接技术工艺特点,包括变极性TIG焊、变极性等离子焊、电子束焊、搅拌摩擦焊及摩擦塞焊。总结每种焊接技术的特点及应用范围,分析未来铝合金推进剂箱体焊接技术的发展趋势。     

国内外摩擦焊的应用概况

前言摩擦焊是利用金属焊接表面摩擦生热的一种热压焊接法。摩擦焊自1956年试验成功以来,苏、日、英、美和西德等国都相继进行了大量的试验研究工作。经过20多年的发展,摩擦焊在国外已成为一项大量推广应用的先进焊接技术,受到了广泛的重视。     

超薄壁材料微搅拌摩擦焊接技术获突破

经过历时1年的潜心探索、刻苦攻关,中国航天科技集团公司八院149厂前不久突破了超薄壁铝合金及异种材料微搅拌摩擦焊接技术,并达到国际先进水平。微搅拌摩擦焊技术是在传统搅拌摩擦焊技术的基础上发展起来的,可对厚度在1毫米以下的材料进行搅拌摩擦焊接,其材料产热、流动机制与传统搅拌摩擦焊有显著区别。     

标准化搅拌摩擦焊接设备

中航工业北京赛福斯特技术有限公司（中国搅拌摩擦焊中心）是中国搅拌摩擦焊技术先锋和开拓者,是国防科技特种焊接技术研究应用中心及航空连接技术重点实验室成员单位。 中航工业北京赛福斯特公司自成立以来,致力于中国搅拌摩擦焊的技术进步和工业化应用,已为国内外客户提供了上百台专业化搅拌摩擦焊设备,为满足航空、航天、列车、电子、电力等铝合金加工制造领域焊接需求,赛福斯特公司集十多年焊接设备制造技术和经验,推出系列化先进的搅拌摩擦焊设备。     

搅拌摩擦焊接技术的研究现状与前景展望

搅拌摩擦焊接技术是近年来发展较快的一种焊接技术,目前在多个行业中获得了深度关注并取得了飞速发展,研究材料从最初的铝合金到现在涵盖了多种的金属材料、轻合金材料、非金属材料等;搅拌头结构也已经多种化,从传统的结构发展到现在的以双头搅拌头、固定轴肩搅拌头和浮动轴肩搅拌头等为代表的创新形式焊接工具,焊接工艺从单一以控制转速比、轴向压力、焊接倾角和下压量的单热源摩擦焊再到为解决高熔点金属的搅拌摩擦焊应用的先进焊接技术,如激光、等离子、超声-搅拌摩擦复合焊等以及电磁感应-摩擦复合焊等复合焊接方法。搅拌摩擦焊接技术以其巨大发展潜力和独有的技术优势迅速得到社会的认可和技术推广,逐渐成为当下最热门的固相连接技术方法之一。     

惯性摩擦焊在商用航空发动机中的应用与研究现状

惯性摩擦焊作为一种典型固相焊接工艺,因其优异的焊接工艺性能,已广泛应用于国外先进航空发动机的风扇、压气机及涡轮等核心转动部件的焊接制造,代替了原始的螺栓连接结构,有效降低了制造成本,并减轻了发动机质量,提高了推重比。目前,国内外学者针对航空发动机用钛合金、高温合金及粉末高温合金的惯性摩擦焊接工艺和数值模拟等技术进行了一系列研究,通过分析总结国内外研究和应用现状,指出国内外在惯性摩擦焊技术方面的差距,以推动国内加快惯性摩擦焊接技术的研究工作,提升惯性摩擦焊接技术研究水平,支撑先进航空发动机的研制。     

搅拌摩擦焊技术在铝合金螺旋管中的应用

介绍搅拌摩擦焊技术特点及在国内电力产品中的初步应用,在大口径GIL壳体研制中,对比螺旋焊管和纵焊缝管结构形式,发现螺旋焊管具有生产效率高、焊缝应力低的优点,因此针对螺旋管结构,设计了双面焊接方案并开展搅拌摩擦焊工艺试验,获得适合的焊接参数;利用自主研制的螺旋管专用设备,结合先进的搅拌摩擦焊接技术,成功研制了国内首根铝合金搅拌摩擦焊螺旋管。     

中国首台重载机器人搅拌摩擦焊系统顺利交付

2014年11月初,北京赛福斯特技术有限公司与德国KUKA机器人集团公司联合开发的国内首台重载机器人搅拌摩擦焊系统向广州有色金属研究院成功验收交付。该系统集成了多项先进技术,包括压力及位移控制、自动换刀控制、机头冷却润滑控制等技术,大大提升了搅拌摩擦焊技术焊接过程的自动化和智能化程度。该设备既适用于传统搅拌摩擦焊接,也兼容了搅拌摩擦焊最新技术,如静轴肩和双轴肩搅拌摩擦焊接等。此外,为满足客户对设备系统升级的需求,还预留了焊接过程的激光扫描、焊缝跟踪等通讯接口。     

管子的径向摩擦焊

<正> 七十年代以来,国外一些焊接技术先进的国家都在研究用于海上和陆地管子的径向摩擦焊。这种焊接工艺是在已广泛应用的普通摩擦焊的工艺基础上发展而来的,其基本原理是在两根被焊管子的对接     

New technological methods and designs of stir head in resistance friction stir welding

Abstract

This paper proposes a new welding method, resistance friction stir welding (RFSW), which provides a novel method to solve some of the challenges of friction stir welding high melting point of ferrous and non-ferrous metals. The RFSW is a new hybrid welding technology, which utilises the advantages of both resistance welding and friction welding. The technological principle of RFSW uses the compound effects of resistance heating and friction heating; the integration methods are discussed and analysed in this paper. It is believed that RFSW is an innovative, practical welding technique. The national patents for invention have already been applied in China.     

600MPa级超细晶粒钢摩擦焊过程性能分析

利用摩擦焊对直径为13 mm的600 MPa级别的超细晶粒钢进行了焊接. 结果表明,严格控制摩擦焊工艺参数,超细晶粒钢具有良好的摩擦焊焊接性. 超细晶粒钢摩擦焊接头热影响区出现了轻微的晶粒长大,尺寸至9~11 μm. 接头性能分析表明,超细晶粒钢摩擦焊接头强度可达715 MPa,断面伸长率22%,断面收缩率68%,冲击韧性可达98 J,呈典型的韧性断裂. 急停试验表明,摩擦焊过程中变形区金属在摩擦扭矩和轴向压力大作用下,沿着轴向、切向、径向三个方向流动. 随摩擦时间的增加,不同区域的晶粒的尺寸都略有增加,其中以高温区增加最为明显.     

X52管线钢水下摩擦圆锥塞焊接头组织特征

对X52管线钢进行了水下摩擦圆锥塞焊工艺试验，对不同焊接工艺参数下接头的微观组织进行了金相显微镜及扫描电镜观测，探讨了工艺参数对X52管线钢水下摩擦圆锥塞焊接头组织的影响. 结果表明，接头可以分为锻造区、最终摩擦界面、剪切变形区、结合区及热影响区. 其中剪切变形区呈层状结构，所形成的焊缝微观组织极不均匀，且出现粗大晶粒. 相比于焊接转速，轴向压力对X52管线钢水下摩擦塞焊接头组织的影响更显著. 摩擦塞焊接头组织与传统摩擦焊接头晶粒细化的特征不同，这是由于在“封闭式”摩擦焊过程中塞焊缝主要由剪切变形区组成.     

A new weld repair technique for friction stir welded aluminium structure: inertia friction pull plug welding

The paper gives an analysis on technical characteristics of repair techniques for friction stir welding defects. To overcome the defects,a new repair technique, inertia friction pull plug welding( IFPPW), was researched and its equipment was developed as well. Elementary datum was achieved by investigating the influences of technological parameters on mechanical properties and by analyzing the structural characteristics of repair joint with IFPPW. The study shows that the stability and reliability of welding process of IFPPW can be guaranteed through the constant energy from the flywheel.Integrated with the advantages of friction pull plug welding,the IFPPW,free from back anvil,is considered as a promising technique in repair of termination keyhole of bobbin tool friction stir welding and point-like defects in aluminum alloy welding.     

采用混合智能方法评估球墨铸铁摩擦焊接接头的抗拉强度(英文)

采用混合智能方法评价球墨铸铁的最佳摩擦焊接工艺参数。在自动循环中使用支持向量回归(SVR)、遗传算法(GA)和帝国竞争算法(ICA)优化焊接工艺参数。该方法被用来确定焊接工艺参数,得到了理想的球墨铸铁摩擦焊接抗拉强度。在加热力40kN,加热时间300s,顶锻压力10.12kN条件下,使用SVR加上GA方法得到了最高抗拉强度为256.93MPa。将摩擦焊接样品进行拉伸强度测试,并比较了采用混合智能方法得到的优化值与实验结果。结果表明,混合智能方法可以使ZT14型摩擦焊机拉伸强度从211MPa增加到258MPa。     

GH4169合金惯性摩擦焊接过程组织计算与预测

以高性能航空发动机涡轮盘和压气机盘为背景，采用有限元数值模拟方法，对GH4169合金模拟件的惯性摩擦焊接过程进行了分析与计算，基于金属塑性变形的物理基础，建立了GH4169合金惯性摩擦焊接过程显微组织的演化模型；通过高温合金在热成形过程中的再结晶发生条件，再结晶体积分数、晶粒尺寸与热力参数（应变速率、应变程度、成形温度）之间的映像关系，对惯性摩擦焊接热力影响区的再结晶组织进行了模拟计算。从而为合理地制定焊接热力规范，提高GH4169合金的焊接性能和接头质量提供了参考。     

铝锂合金搅拌摩擦焊研究现状

铝锂合金具有低密度、高比强度和比刚性、优良的低温性能、良好的耐腐蚀性能和超塑性等优点,是理想的航空航天结构材料。搅拌摩擦焊作为一种新型的固相连接方法,应用于铝锂合金焊接时展现出制造成本低、环境污染小和接头力学性能好等一系列优点。为进一步提升搅拌摩擦焊在铝锂合金焊接领域的应用,文章从铝锂合金搅拌摩擦焊接头组织性能方面的国内外研究现状进行了综述,并对未来铝锂合金搅拌摩擦焊的研究方向进行展望。     

机器人搅拌摩擦点焊系统设计

搅拌摩擦点焊是一种新型固相焊接技术,机器人焊接是焊接制造业的主要发展方向,将搅拌摩擦点焊与机器人相结合,通过加工相应的焊接装置以及增加机器人的承载能力,设计完成机器人搅拌摩擦点焊装置,实现对搅拌针的精确控制。机器人搅拌摩擦点焊的控制系统是将机器人控制系统和搅拌摩擦点焊控制系统结合,在焊接过程中二者既能独立运行,又相互联系,实现搅拌摩擦点焊装置与机器人协同工作模式,从而实现无间断循环的焊接过程,提高焊接效率。通过实验对比分析机器人搅拌摩擦点焊与传统龙门式搅拌摩擦点焊焊接的工件表面成形和焊点力学性能,结果表明:机器人搅拌摩擦点焊系统实现了复杂结构工件的焊接,表面成形良好,无明显的焊接缺陷,且焊点结合强度与龙门式相当,机器人搅拌摩擦点焊系统具有良好的焊接性能。     

摩擦焊接过程数值模拟技术研究进展

根据摩擦焊接过程数值模拟存在的主要难点,重点介绍了摩擦焊接热输入、焊合区金属塑性变形、以及焊接过程主要参量场,如温度场、应力应变场有限元热力耦合分析的几种模型及其研究进展。文献研究表明,目前摩擦焊接过程物理参量场的数值模拟主要采用二维、非稳态、变物性模型。一般忽视辐射及对流换热。焊接界面上热流量可以根据扭矩曲线或摩擦系数分布曲线计算,热流分布采用均布或线性假设,近年来有关学者直接根据焊接材料的性能数据和设定的焊接规范参数进行摩擦焊接过程特征参量及相应物理参量场的模拟研究工作,并模拟了摩擦焊接过程的两种产热模型及其转化规律（摩擦初期的摩擦产热与摩擦后期的塑性变形产热）。     

焊接参数对摩擦塞焊焊接区域温度场的影响

为了研究焊接参数对摩擦塞焊焊接区域温度场的影响,建立了摩擦塞焊焊接的产热模型,并进行摩擦塞焊焊接工艺试验。通过理论分析得出焊接过程中的产热量与焊接参数的关系,试验对理论分析结果进行验证,并深入探讨焊接参数对焊接区域温度场的影响。结果表明:焊接进给速度的改变影响焊接过程中的焊接压力大小,从而影响摩擦塞焊焊接初始阶段的产热,进而影响焊接区域温度场;较高的焊接转速提高摩擦界面材料的升温速率,提高材料塑化,避免焊接缺陷;应选择适当的焊接摩擦时间,尽量匹配较高的转速以缩短焊接摩擦时间。