摩擦焊的发展历程

摩擦焊的发展历程 摩擦焊的历程 摩擦焊这一概念出来己久，早在1891年英国人J.H贝文顿就获得了利用摩擦热进行焊接和挤压的专利。但是，直到1958年才由前苏联学者楚迪克夫首先试验成功第一种实用的摩擦焊方法，即连续驱动摩擦焊机（FRW）。此后，连续驱动摩擦焊技术迅速发展，并大量应用于汽车工业，但是在航空工业中未能得到实际应用，直到上世纪五十年代摩擦焊真正焊出合格焊接接头后，才以其优质、高效、低耗环保等突出优点受到了所有工业强国的重视。我国的摩擦焊研究始于1957年，发源地是哈尔滨焊接研究所，是世界上最早开展摩擦焊研究的几个国家之一，取得了很多引人注目的成果 摩擦焊的历程 中国第一台摩擦焊机设备 摩擦焊的历程 1962年，美国履带车辆公司（Caterpiller Iractor Co.）发明了一种新的摩擦焊方法一惯性摩擦焊。不久，美国公司便使用该公司的大型焊机制造了航空发动机的整体压气机转子和涡轮部件。经过近40年的研究和应用，惯性摩擦焊的技术日臻完善，己成为制造航空发动机转子部件的主要焊接方法。惯性摩擦焊与通常的连续驱动摩擦焊不同，它基本上是在恒定的焊接压力作用下，通过焊接表面摩擦，把预先贮存在飞轮中的动能转化为热能，将焊件加热，并在飞轮和焊接压力的联合作用下把两个焊件牢固地焊接在一起。 摩擦焊的历程为了满足发动机制造的特定要求，MTU使用多种相结合的工艺技术。其中之一就是惯性或 旋转摩擦焊接技术； 摩擦焊的历程 1991年，英国焊接研究所(The Welding Institute)发明了一种专利焊接技术搅拌摩擦焊(Friction Stir Welding，简称FSW)。搅拌摩擦焊除了具有普通摩擦焊技术的优点外，还可以进行多种接头形式和不同焊接位置的连接。挪威已建立了世界上第一个搅拌摩擦焊商业设备，可焊接厚315mm、尺寸616的Al船板； 1998年美国波音公司的空间和防御实验室引进了搅拌摩擦焊技术，用于焊接某些火箭部件；麦道公司也把这种技术用于制造Delta运载火箭的推进剂贮箱。 摩擦焊的历程 摩擦焊的历程 摩擦焊的历程 搅拌摩擦焊在汽车领域的运用 摩擦焊的历程 1992 年英国焊接研究所(TWI)发明以海洋平台、海底管道维修为主要目的固相焊接技术摩擦叠焊，将一系列锥形螺柱塞入一系列相应的锥形预钻焊孔之中，从而叠合搭接“缝合”(Stitch) 出来完整焊缝进行裂纹维修，因为摩擦叠焊是将一系列螺柱塞入预钻焊孔焊接、缝合成为完整焊缝，所以可以适应很大的厚度，这对于壁厚通常较大的海洋平台、海底管的维修是非常突出的技术优势。因为摩擦叠焊可以适应很大的厚度,这对于壁厚通常较大的海洋平台、海底管的修复是非常突出的技术优势。 21世纪以来,摩擦叠焊成为水下修复研究的重点。 摩擦焊的历程 水下摩擦叠焊 摩擦焊的发展及应用现状 近年来，随着工业发展，各个行业乃至高新技术产业对摩擦焊技术的需求越来越大，为了适应各种不同材料、不同焊接接头形式、不同焊接位置、不同截面大小工件的焊接需求，摩擦焊方法已由传统的几种形式发展到几十种。目前研究和应用较多的新型摩擦焊工艺有：搅拌摩擦焊、惯性摩擦焊、线性摩擦焊及摩擦堆焊等。 摩擦焊的发展及应用现状(1)航空航天工业 从70年代起，以美国GE公司为代表，在军用航空发动机转子部件（盘+盘、盘+轴）制造中，率先成功地采用了惯性摩擦焊接技术。 GE公司生产的TF39航空发动机的16级压气机盘；CMF56航空发动机的1-2级，4-9级，以及压气机轴；F101航空发动机的1-3级盘与鼓及前轴颈，5-9级盘与鼓及后轴颈等均采用了摩擦焊接工艺，有的还采用了粉末冶金等温锻造摩擦焊接组合工艺。API(Udimet700、Astroloy)、In100和Ren95及In718之类的粉末高温合金盘已成功地采用了惯性摩擦焊接，其焊 接接头性能可达到母材的水平。 摩擦焊的发展及应用现状 美国Textron Lycoming公司生产的新型大功率T55涡轮喷气发动机的前盘与前轴、后轴的连接都是采用盘+轴一体的摩擦焊接结构。P&W公司将摩擦焊接列为80年代发动机制造中的五项重大焊接技术之一；德国MTU公司正在开展高压压气机转子等大型部件的摩擦焊接技术研究；法国海豚发动机也将摩擦焊接推广应用于减速器锥形齿轮的焊接，等等。国外一些先进的航空发动机制造公司已将摩擦焊接作为焊接高推重比航空发动机转子部件的主导的、典型的和标准的工艺方法。普遍认为摩擦焊是可靠、再现性好和可信赖的焊接技术。 摩擦焊的发展及应用现状 在飞机制造中，摩擦焊接也展现了新的应用前景。AISI4340超高强度钢因其具有高的缺口敏感性和焊接脆化倾向，当用来制造飞机起落架时，国外规定不允许采用熔化焊接方法施焊，已成功地进行了4340管与4030锻件起落架、拉杆的摩擦焊接。此外，直升飞机旋翼主传动轴的NitralloyN合金齿轮与18%高镍合金钢管轴的焊接、双金属飞机铆钉、飞机钩头螺栓等均采用了摩擦焊接，这表明摩擦焊接技术已渗透到了飞机重要承力构件的焊接领域。 摩擦焊的发展及应用现状 摩擦焊的发展及应用现状 (2)汽车工业国外在汽车零配件规模化生产中，摩擦焊接技术占有较重要的地位。据不完全统计，美国、德国、日本等工业发达国家的一些著名汽车制造公司，已有百余种汽车零配件采用了摩擦焊接技术。国内外在发动机双金属排气阀生产中广泛采用了摩擦焊接技术将NiCr20TiAl（Nimonic 80)、5Cr21Mn9Ni4(21-4N)、4Cr14Ni14W2Mo之类的高温合金或奥氏体型耐热钢盘部与4Cr9Si2、4Cr10Si2Mo之类的马氏体型不锈耐热钢杆部连接起来形成整体排气阀，特别适合于空心阀的制造。采用锻焊复合结构取代整体锻造生产汽车半轴在国外已得到广泛应用。 摩擦焊的发展及应用现状 另外，汽车及工程机械上风扇轴支座组件、空心后轴、前悬架、万向节组件、凸轮轴、水泵毂和轴、直接离合器鼓和毂组件、后桥壳管、倾斜转向轴、叉、冷却风扇电机壳体和轴、等、中央轴、涡轮增压器、乘客侧气囊充气器、 汽车用扁尾套筒扳手、后悬架臂、空调机蓄压器等的制造过程中均可利用摩擦焊接工艺简化制造工艺和降低生产成本。 摩擦焊的发展及应用现状新能源汽车水冷套筒件搅拌摩擦焊制造，2011年，中航工业赛福斯特公司首次将搅拌摩擦焊技术应用于新能源汽车领域，成功实现了某混合动力汽车水冷套筒件的搅拌摩擦焊接，节约了99%的能量消耗，经冷热环境下打压测试，性能高于传统焊接，可以有效的缓解汽车发动机过热的问题。 摩擦焊的发展及应用现状 铝合金汽车电池托盘搅拌摩擦焊制造铝合金轮毂焊接专用搅拌摩擦焊设备 摩擦焊的发展及应用现状(1)船舶工业 在1995年，挪威Hydro Marine Aluminium公司就将FSW技术应用于船舶结构件的制造（见图3），采用搅拌摩擦焊技术将普通型材拼接，制造用于造船业的宽幅型材。从1996到1999，已经成功焊接了1700块船舶面板，焊缝总长度超过110km。 在造船领域,搅拌摩擦焊适用面很宽：船甲板、侧板、船头、壳体、船舱防水壁板和地板,船舶的上层铝合金建筑结构,直升飞机起降平台,离岸水上观测站,船舶码头,水下工具和海洋运输工具,帆船的桅杆及结构件,船上制冷设备 用的中空挤压铝板等。 摩擦焊的发展及应用现状 目前国际上，用摩擦焊取代熔焊焊接件用于船舶预制件已将成为船舶制造绿色化级快速造船的一种趋势，在这样的环境下，中国搅拌摩擦焊中心，对船舶常用的铝合金进行了相关工艺试验研究及相关产品的预生产。 摩擦焊的发展及应用现状 总结纵观国内外摩擦焊发展现状，我国与国际先进水平相比，还很落后。摩擦焊技术在国内的研究开发、推广应用的工作还不能满足国民经济飞速发展的需要，面对国内市场的需求，国际竞争的日益激烈，我国广大摩擦焊科技工作者，任重道远。为适应我国科技发展的需求和缩短同国外同类产品的差距，为加快实现我国摩擦焊技术的现代化。实现摩擦焊技术自身发展的同时，加强同其它学科与边缘学科的结合。 谢谢！