摩擦焊發(fā)展歷程

1、摩擦焊的發(fā)展歷程摩擦焊的歷程 摩擦焊這一概念出來(lái)己久，早在1891年英國(guó)人J.H貝文頓就獲得了利用摩擦熱進(jìn)行焊接和擠壓的專利。但是，直到1958年才由前蘇聯(lián)學(xué)者楚迪克夫首先試驗(yàn)成功第一種實(shí)用的摩擦焊方法，即連續(xù)驅(qū)動(dòng)摩擦焊機(jī)（FRW）。 此后，連續(xù)驅(qū)動(dòng)摩擦焊技術(shù)迅速發(fā)展，并大量應(yīng)用于汽車工業(yè)，但是在航空工業(yè)中未能得到實(shí)際應(yīng)用，直到上世紀(jì)五十年代摩擦焊真正焊出合格焊接接頭后，才以其優(yōu)質(zhì)、高效、低耗環(huán)保等突出優(yōu)點(diǎn)受到了所有工業(yè)強(qiáng)國(guó)的重視。 我國(guó)的摩擦焊研究始于1957年，發(fā)源地是哈爾濱焊接研究所，是世界上最早開展摩擦焊研究的幾個(gè)國(guó)家之一，取得了很多引人注目的成果摩擦焊的歷程中國(guó)第一臺(tái)摩擦焊機(jī)設(shè)備摩擦

2、焊的歷程 1962年，美國(guó)履帶車輛公司（Caterpiller Iractor Co.）發(fā)明了一種新的摩擦焊方法一慣性摩擦焊。不久，美國(guó)公司便使用該公司的大型焊機(jī)制造了航空發(fā)動(dòng)機(jī)的整體壓氣機(jī)轉(zhuǎn)子和渦輪部件。經(jīng)過近40年的研究和應(yīng)用，慣性摩擦焊的技術(shù)日臻完善，己成為制造航空發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子部件的主要焊接方法。 慣性摩擦焊與通常的連續(xù)驅(qū)動(dòng)摩擦焊不同，它基本上是在恒定的焊接壓力作用下，通過焊接表面摩擦，把預(yù)先貯存在飛輪中的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為熱能，將焊件加熱，并在飛輪和焊接壓力的聯(lián)合作用下把兩個(gè)焊件牢固地焊接在一起。摩擦焊的歷程為了滿足發(fā)動(dòng)機(jī)制造的特定要求，MTU使用多種相結(jié)合的工藝技術(shù)。其中之一就是慣性或旋轉(zhuǎn)摩擦

3、焊接技術(shù)；摩擦焊的歷程 1991年，英國(guó)焊接研究所(The Welding Institute)發(fā)明了一種專利焊接技術(shù)攪拌摩擦焊(Friction Stir Welding，簡(jiǎn)稱FSW)。 攪拌摩擦焊除了具有普通摩擦焊技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)外，還可以進(jìn)行多種接頭形式和不同焊接位置的連接。挪威已建立了世界上第一個(gè)攪拌摩擦焊商業(yè)設(shè)備，可焊接厚315mm、尺寸616的Al船板； 1998年美國(guó)波音公司的空間和防御實(shí)驗(yàn)室引進(jìn)了攪拌摩擦焊技術(shù)，用于焊接某些火箭部件；麥道公司也把這種技術(shù)用于制造Delta運(yùn)載火箭的推進(jìn)劑貯箱。摩擦焊的歷程摩擦焊的歷程摩擦焊的歷程攪拌摩擦焊在汽車領(lǐng)域的運(yùn)用摩擦焊的歷程 1992 年英國(guó)

4、焊接研究所(TWI)發(fā)明以海洋平臺(tái)、海底管道維修為主要目的固相焊接技術(shù)摩擦疊焊，將一系列錐形螺柱塞入一系列相應(yīng)的錐形預(yù)鉆焊孔之中，從而疊合搭接“縫合”(Stitch) 出來(lái)完整焊縫進(jìn)行裂紋維修，因?yàn)槟Σ怜B焊是將一系列螺柱塞入預(yù)鉆焊孔焊接、縫合成為完整焊縫，所以可以適應(yīng)很大的厚度，這對(duì)于壁厚通常較大的海洋平臺(tái)、海底管的維修是非常突出的技術(shù)優(yōu)勢(shì)。因?yàn)槟Σ怜B焊可以適應(yīng)很大的厚度,這對(duì)于壁厚通常較大的海洋平臺(tái)、海底管的修復(fù)是非常突出的技術(shù)優(yōu)勢(shì)。 21世紀(jì)以來(lái),摩擦疊焊成為水下修復(fù)研究的重點(diǎn)。摩擦焊的歷程 水下摩擦疊焊摩擦焊的發(fā)展及應(yīng)用現(xiàn)狀近年來(lái)，隨著工業(yè)發(fā)展，各個(gè)行業(yè)乃至高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)對(duì)摩擦焊技術(shù)的需求

5、越來(lái)越大，為了適應(yīng)各種不同材料、不同焊接接頭形式、不同焊接位置、不同截面大小工件的焊接需求，摩擦焊方法已由傳統(tǒng)的幾種形式發(fā)展到幾十種。目前研究和應(yīng)用較多的新型摩擦焊工藝有：攪拌摩擦焊、慣性摩擦焊、線性摩擦焊及摩擦堆焊等。摩擦焊的發(fā)展及應(yīng)用現(xiàn)狀(1)航空航天工業(yè) 從70年代起，以美國(guó)GE公司為代表，在軍用航空發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子部件（盤+盤、盤+軸）制造中，率先成功地采用了慣性摩擦焊接技術(shù)。 GE公司生產(chǎn)的TF39航空發(fā)動(dòng)機(jī)的16級(jí)壓氣機(jī)盤；CMF56航空發(fā)動(dòng)機(jī)的1-2級(jí)，4-9級(jí)，以及壓氣機(jī)軸；F101航空發(fā)動(dòng)機(jī)的1-3級(jí)盤與鼓及前軸頸，5-9級(jí)盤與鼓及后軸頸等均采用了摩擦焊接工藝，有的還采用了粉末冶金

6、等溫鍛造摩擦焊接組合工藝。API(Udimet700、Astroloy)、In100和Ren95及In718之類的粉末高溫合金盤已成功地采用了慣性摩擦焊接，其焊接接頭性能可達(dá)到母材的水平。摩擦焊的發(fā)展及應(yīng)用現(xiàn)狀 美國(guó)Textron Lycoming公司生產(chǎn)的新型大功率T55渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的前盤與前軸、后軸的連接都是采用盤+軸一體的摩擦焊接結(jié)構(gòu)。P&W公司將摩擦焊接列為80年代發(fā)動(dòng)機(jī)制造中的五項(xiàng)重大焊接技術(shù)之一；德國(guó)MTU公司正在開展高壓壓氣機(jī)轉(zhuǎn)子等大型部件的摩擦焊接技術(shù)研究；法國(guó)海豚發(fā)動(dòng)機(jī)也將摩擦焊接推廣應(yīng)用于減速器錐形齒輪的焊接，等等。國(guó)外一些先進(jìn)的航空發(fā)動(dòng)機(jī)制造公司已將摩擦焊接作為

7、焊接高推重比航空發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子部件的主導(dǎo)的、典型的和標(biāo)準(zhǔn)的工藝方法。普遍認(rèn)為摩擦焊是可靠、再現(xiàn)性好和可信賴的焊接技術(shù)。摩擦焊的發(fā)展及應(yīng)用現(xiàn)狀 在飛機(jī)制造中，摩擦焊接也展現(xiàn)了新的應(yīng)用前景。AISI4340超高強(qiáng)度鋼因其具有高的缺口敏感性和焊接脆化傾向，當(dāng)用來(lái)制造飛機(jī)起落架時(shí)，國(guó)外規(guī)定不允許采用熔化焊接方法施焊，已成功地進(jìn)行了4340管與4030鍛件起落架、拉桿的摩擦焊接。此外，直升飛機(jī)旋翼主傳動(dòng)軸的NitralloyN合金齒輪與18%高鎳合金鋼管軸的焊接、雙金屬飛機(jī)鉚釘、飛機(jī)鉤頭螺栓等均采用了摩擦焊接，這表明摩擦焊接技術(shù)已滲透到了飛機(jī)重要承力構(gòu)件的焊接領(lǐng)域。摩擦焊的發(fā)展及應(yīng)用現(xiàn)狀摩擦焊的發(fā)展及應(yīng)用現(xiàn)

8、狀 (2)汽車工業(yè)國(guó)外在汽車零配件規(guī)模化生產(chǎn)中，摩擦焊接技術(shù)占有較重要的地位。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，美國(guó)、德國(guó)、日本等工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家的一些著名汽車制造公司，已有百余種汽車零配件采用了摩擦焊接技術(shù)。國(guó)內(nèi)外在發(fā)動(dòng)機(jī)雙金屬排氣閥生產(chǎn)中廣泛采用了摩擦焊接技術(shù)將NiCr20TiAl（Nimonic 80)、5Cr21Mn9Ni4(21-4N)、4Cr14Ni14W2Mo之類的高溫合金或奧氏體型耐熱鋼盤部與4Cr9Si2、4Cr10Si2Mo之類的馬氏體型不銹耐熱鋼桿部連接起來(lái)形成整體排氣閥，特別適合于空心閥的制造。采用鍛焊復(fù)合結(jié)構(gòu)取代整體鍛造生產(chǎn)汽車半軸在國(guó)外已得到廣泛應(yīng)用。摩擦焊的發(fā)展及應(yīng)用現(xiàn)狀 另外，汽車及工

9、程機(jī)械上風(fēng)扇軸支座組件、空心后軸、前懸架、萬(wàn)向節(jié)組件、凸輪軸、水泵轂和軸、直接離合器鼓和轂組件、后橋殼管、傾斜轉(zhuǎn)向軸、叉、冷卻風(fēng)扇電機(jī)殼體和軸、等、中央軸、渦輪增壓器、乘客側(cè)氣囊充氣器、 汽車用扁尾套筒扳手、后懸架臂、空調(diào)機(jī)蓄壓器等的制造過程中均可利用摩擦焊接工藝簡(jiǎn)化制造工藝和降低生產(chǎn)成本。摩擦焊的發(fā)展及應(yīng)用現(xiàn)狀新能源汽車水冷套筒件攪拌摩擦焊制造，2011年，中航工業(yè)賽福斯特公司首次將攪拌摩擦焊技術(shù)應(yīng)用于新能源汽車領(lǐng)域，成功實(shí)現(xiàn)了某混合動(dòng)力汽車水冷套筒件的攪拌摩擦焊接，節(jié)約了99%的能量消耗，經(jīng)冷熱環(huán)境下打壓測(cè)試，性能高于傳統(tǒng)焊接，可以有效的緩解汽車發(fā)動(dòng)機(jī)過熱的問題。摩擦焊的發(fā)展及應(yīng)用現(xiàn)狀鋁合

10、金汽車電池托盤攪拌摩擦焊制造鋁合金輪轂焊接專用攪拌摩擦焊設(shè)備摩擦焊的發(fā)展及應(yīng)用現(xiàn)狀(1)船舶工業(yè) 在1995年，挪威Hydro Marine Aluminium公司就將FSW技術(shù)應(yīng)用于船舶結(jié)構(gòu)件的制造（見圖3），采用攪拌摩擦焊技術(shù)將普通型材拼接，制造用于造船業(yè)的寬幅型材。從1996到1999，已經(jīng)成功焊接了1700塊船舶面板，焊縫總長(zhǎng)度超過110km。 在造船領(lǐng)域,攪拌摩擦焊適用面很寬：船甲板、側(cè)板、船頭、殼體、船艙防水壁板和地板,船舶的上層鋁合金建筑結(jié)構(gòu),直升飛機(jī)起降平臺(tái),離岸水上觀測(cè)站,船舶碼頭,水下工具和海洋運(yùn)輸工具,帆船的桅桿及結(jié)構(gòu)件,船上制冷設(shè)備用的中空擠壓鋁板等。摩擦焊的發(fā)展及應(yīng)用現(xiàn)狀 目前國(guó)際上，用摩擦焊取代熔焊焊接件用于船舶預(yù)制件已將成為船舶制造綠色化級(jí)快速造船的一種趨勢(shì)，在這樣的環(huán)境下，中國(guó)攪拌摩擦焊中心，對(duì)船舶常用的鋁合金進(jìn)行了相關(guān)工藝試驗(yàn)研究及相關(guān)產(chǎn)品的預(yù)生產(chǎn)。摩擦焊的發(fā)展及應(yīng)用現(xiàn)狀總結(jié)縱觀國(guó)內(nèi)外摩擦焊發(fā)展現(xiàn)狀，我國(guó)與國(guó)際先進(jìn)